Line data Source code
1 : //* This file is part of the MOOSE framework
2 : //* https://mooseframework.inl.gov
3 : //*
4 : //* All rights reserved, see COPYRIGHT for full restrictions
5 : //* https://github.com/idaholab/moose/blob/master/COPYRIGHT
6 : //*
7 : //* Licensed under LGPL 2.1, please see LICENSE for details
8 : //* https://www.gnu.org/licenses/lgpl-2.1.html
9 :
10 : #include "FlinakFluidProperties.h"
11 :
12 : registerMooseObject("FluidPropertiesApp", FlinakFluidProperties);
13 :
14 : InputParameters
15 22 : FlinakFluidProperties::validParams()
16 : {
17 22 : InputParameters params = SinglePhaseFluidProperties::validParams();
18 66 : params.addRangeCheckedParam<Real>(
19 : "drho_dp",
20 44 : 1.7324E-7,
21 : "drho_dp > 0.0",
22 : "derivative of density with respect to pressure (at constant temperature)");
23 22 : params.addClassDescription("Fluid properties for flinak");
24 22 : return params;
25 0 : }
26 :
27 11 : FlinakFluidProperties::FlinakFluidProperties(const InputParameters & parameters)
28 : : SinglePhaseFluidProperties(parameters),
29 11 : _drho_dp(getParam<Real>("drho_dp")),
30 11 : _drho_dT(-0.73),
31 11 : _p_atm(101325.0),
32 11 : _cp(2010.0),
33 11 : _c0(2729.0),
34 11 : _dp_dT_at_constant_v(-_drho_dT / _drho_dp)
35 : {
36 11 : }
37 :
38 : std::string
39 1 : FlinakFluidProperties::fluidName() const
40 : {
41 1 : return "flinak";
42 : }
43 :
44 : Real
45 1 : FlinakFluidProperties::molarMass() const
46 : {
47 1 : return 41.291077435E-3;
48 : }
49 :
50 : Real
51 9 : FlinakFluidProperties::p_from_v_e(Real v, Real e) const
52 : {
53 9 : Real temperature = T_from_v_e(v, e);
54 9 : return (1.0 / v - _drho_dT * temperature - _c0) / _drho_dp + _p_atm;
55 : }
56 :
57 : void
58 1 : FlinakFluidProperties::p_from_v_e(Real v, Real e, Real & p, Real & dp_dv, Real & dp_de) const
59 : {
60 1 : p = p_from_v_e(v, e);
61 :
62 : // chain rule, (dp_de)_v = (dp_dT)_v * (dT_de)_v
63 : Real T, dT_dv, dT_de;
64 1 : T_from_v_e(v, e, T, dT_dv, dT_de);
65 1 : dp_de = _dp_dT_at_constant_v * dT_de;
66 :
67 : // cyclic relation, (dP_dv)_e = - (dp_de)_v * (de_dv)_p
68 1 : Real cp = cp_from_v_e(v, e);
69 1 : Real dT_dv_at_constant_p = -1.0 / (_drho_dT * v * v);
70 1 : Real de_dv_at_constant_p = cp * dT_dv_at_constant_p - p;
71 1 : dp_dv = -dp_de * de_dv_at_constant_p;
72 1 : }
73 :
74 : void
75 0 : FlinakFluidProperties::p_from_v_e(
76 : const ADReal & v, const ADReal & e, ADReal & p, ADReal & dp_dv, ADReal & dp_de) const
77 : {
78 0 : p = SinglePhaseFluidProperties::p_from_v_e(v, e);
79 :
80 : // chain rule, (dp_de)_v = (dp_dT)_v * (dT_de)_v
81 : ADReal T, dT_dv, dT_de;
82 0 : T_from_v_e(v, e, T, dT_dv, dT_de);
83 0 : dp_de = _dp_dT_at_constant_v * dT_de;
84 :
85 : // cyclic relation, (dP_dv)_e = - (dp_de)_v * (de_dv)_p
86 0 : auto cp = SinglePhaseFluidProperties::cp_from_v_e(v, e);
87 0 : auto dT_dv_at_constant_p = -1.0 / (_drho_dT * v * v);
88 0 : auto de_dv_at_constant_p = cp * dT_dv_at_constant_p - p;
89 0 : dp_dv = -dp_de * de_dv_at_constant_p;
90 0 : }
91 :
92 : Real
93 19 : FlinakFluidProperties::T_from_v_e(Real v, Real e) const
94 : {
95 : // We need to write these in a somewhat strange manner to ensure that pressure
96 : // and temperature do not depend implicitly on each other, causing a circular
97 : // logic problem. Substituting the definition for pressure based on the
98 : // rho * (h - e) = P, where h = Cp * T into the density correlation for flibe,
99 : // we can rearrange and get temperature in terms of only v and e
100 :
101 : // p = (Cp * T - e) / v
102 : // T = (1 / v - drho_dp * [p - p_atm] + _c0) / drho_dT
103 : // = (1 / v - drho_dp * [(Cp * T - e) / v - p_atm] + _c0) / drho_dT
104 : // = (1 + drho_dp * e + p_atm * v * drho_dp - _c0 * v) / (drho_dT * v + drho_dp * Cp)
105 :
106 19 : Real cp = cp_from_v_e(v, e);
107 19 : Real numerator = 1.0 + _drho_dp * (e + _p_atm * v) - _c0 * v;
108 19 : Real denominator = _drho_dT * v + _drho_dp * cp;
109 19 : return numerator / denominator;
110 : }
111 :
112 : void
113 2 : FlinakFluidProperties::T_from_v_e(Real v, Real e, Real & T, Real & dT_dv, Real & dT_de) const
114 : {
115 2 : T = T_from_v_e(v, e);
116 :
117 : // reciprocity relation based on the definition of cv
118 2 : Real cv = cv_from_v_e(v, e);
119 2 : dT_de = 1.0 / cv;
120 :
121 : // cyclic relation, (dT_dv)_e = -(dT_de)_v * (de_dv)_T
122 2 : Real p = p_from_v_e(v, e);
123 2 : Real dp_dv_at_constant_T = -1.0 / (_drho_dp * v * v);
124 2 : Real de_dv_at_constant_T = -(p + v * dp_dv_at_constant_T);
125 2 : dT_dv = -dT_de * de_dv_at_constant_T;
126 2 : }
127 :
128 : void
129 0 : FlinakFluidProperties::T_from_v_e(
130 : const ADReal & v, const ADReal & e, ADReal & T, ADReal & dT_dv, ADReal & dT_de) const
131 : {
132 0 : T = SinglePhaseFluidProperties::T_from_v_e(v, e);
133 :
134 : // reciprocity relation based on the definition of cv
135 0 : auto cv = SinglePhaseFluidProperties::cv_from_v_e(v, e);
136 0 : dT_de = 1.0 / cv;
137 :
138 : // cyclic relation, (dT_dv)_e = -(dT_de)_v * (de_dv)_T
139 0 : auto p = SinglePhaseFluidProperties::p_from_v_e(v, e);
140 0 : auto dp_dv_at_constant_T = -1.0 / (_drho_dp * v * v);
141 0 : auto de_dv_at_constant_T = -(p + v * dp_dv_at_constant_T);
142 0 : dT_dv = -dT_de * de_dv_at_constant_T;
143 0 : }
144 :
145 : Real
146 1 : FlinakFluidProperties::T_from_p_h(Real /* p */, Real h) const
147 : {
148 1 : return h / _cp;
149 : }
150 :
151 : Real
152 2 : FlinakFluidProperties::T_from_p_rho(Real p, Real rho) const
153 : {
154 2 : Real temperature = (rho - (p - _p_atm) * _drho_dp - _c0) / _drho_dT;
155 2 : return temperature;
156 : }
157 :
158 60 : Real FlinakFluidProperties::cp_from_v_e(Real /*v*/, Real /*e*/) const { return _cp; }
159 :
160 : void
161 1 : FlinakFluidProperties::cp_from_v_e(Real v, Real e, Real & cp, Real & dcp_dv, Real & dcp_de) const
162 : {
163 1 : cp = cp_from_v_e(v, e);
164 1 : dcp_dv = 0.0;
165 1 : dcp_de = 0.0;
166 1 : }
167 :
168 : Real
169 9 : FlinakFluidProperties::cv_from_v_e(Real v, Real e) const
170 : {
171 : // definition of Cv by replacing e by h + p * v
172 9 : Real cp = cp_from_v_e(v, e);
173 9 : return cp - _dp_dT_at_constant_v * v;
174 : }
175 :
176 : void
177 1 : FlinakFluidProperties::cv_from_v_e(Real v, Real e, Real & cv, Real & dcv_dv, Real & dcv_de) const
178 : {
179 1 : cv = cv_from_v_e(v, e);
180 1 : dcv_dv = -_dp_dT_at_constant_v;
181 1 : dcv_de = 0.0;
182 1 : }
183 :
184 : void
185 0 : FlinakFluidProperties::cv_from_v_e(
186 : const ADReal & v, const ADReal & e, ADReal & cv, ADReal & dcv_dv, ADReal & dcv_de) const
187 : {
188 0 : cv = SinglePhaseFluidProperties::cv_from_v_e(v, e);
189 0 : dcv_dv = -_dp_dT_at_constant_v;
190 0 : dcv_de = 0.0;
191 0 : }
192 :
193 : Real
194 1 : FlinakFluidProperties::mu_from_v_e(Real v, Real e) const
195 : {
196 1 : Real temperature = T_from_v_e(v, e);
197 1 : return 4.0e-5 * std::exp(4170.0 / temperature);
198 : }
199 :
200 : Real
201 1 : FlinakFluidProperties::k_from_v_e(Real v, Real e) const
202 : {
203 1 : Real temperature = T_from_v_e(v, e);
204 1 : return 5.0e-4 * temperature + 0.43;
205 : }
206 :
207 : Real
208 14 : FlinakFluidProperties::rho_from_p_T(Real pressure, Real temperature) const
209 : {
210 14 : return _drho_dT * temperature + _drho_dp * (pressure - _p_atm) + _c0;
211 : }
212 :
213 : void
214 1 : FlinakFluidProperties::rho_from_p_T(
215 : Real pressure, Real temperature, Real & rho, Real & drho_dp, Real & drho_dT) const
216 : {
217 1 : rho = rho_from_p_T(pressure, temperature);
218 1 : drho_dp = _drho_dp;
219 1 : drho_dT = _drho_dT;
220 1 : }
221 :
222 : void
223 0 : FlinakFluidProperties::rho_from_p_T(const ADReal & pressure,
224 : const ADReal & temperature,
225 : ADReal & rho,
226 : ADReal & drho_dp,
227 : ADReal & drho_dT) const
228 : {
229 0 : rho = SinglePhaseFluidProperties::rho_from_p_T(pressure, temperature);
230 0 : drho_dp = _drho_dp;
231 0 : drho_dT = _drho_dT;
232 0 : }
233 :
234 : ADReal
235 0 : FlinakFluidProperties::v_from_p_T(const ADReal & pressure, const ADReal & temperature) const
236 : {
237 0 : return 1.0 / (_drho_dT * temperature + _drho_dp * (pressure - _p_atm) + _c0);
238 : }
239 :
240 : Real
241 15 : FlinakFluidProperties::v_from_p_T(Real pressure, Real temperature) const
242 : {
243 15 : return 1.0 / (_drho_dT * temperature + _drho_dp * (pressure - _p_atm) + _c0);
244 : }
245 :
246 : void
247 1 : FlinakFluidProperties::v_from_p_T(
248 : Real pressure, Real temperature, Real & v, Real & dv_dp, Real & dv_dT) const
249 : {
250 1 : v = v_from_p_T(pressure, temperature);
251 1 : dv_dp = -v * v * _drho_dp;
252 1 : dv_dT = -v * v * _drho_dT;
253 1 : }
254 :
255 : Real
256 8 : FlinakFluidProperties::h_from_p_T(Real /*pressure*/, Real temperature) const
257 : {
258 : // definition of h for constant Cp
259 8 : Real cp = cp_from_v_e(0.0 /* dummy */, 0.0 /* dummy */);
260 8 : return cp * temperature;
261 : }
262 :
263 : void
264 1 : FlinakFluidProperties::h_from_p_T(
265 : Real pressure, Real temperature, Real & h, Real & dh_dp, Real & dh_dT) const
266 : {
267 1 : h = h_from_p_T(pressure, temperature);
268 1 : Real cp = cp_from_v_e(0.0 /* dummy */, 0.0 /* dummy */);
269 :
270 1 : dh_dp = 0.0;
271 1 : dh_dT = cp;
272 1 : }
273 :
274 : Real
275 14 : FlinakFluidProperties::e_from_p_T(Real pressure, Real temperature) const
276 : {
277 : // definition of h = e + p * v
278 14 : Real v = v_from_p_T(pressure, temperature);
279 14 : Real cp = cp_from_v_e(v, 0.0 /* dummy */);
280 14 : return cp * temperature - pressure * v;
281 : }
282 :
283 : void
284 1 : FlinakFluidProperties::e_from_p_T(
285 : Real pressure, Real temperature, Real & e, Real & de_dp, Real & de_dT) const
286 : {
287 1 : e = e_from_p_T(pressure, temperature);
288 :
289 : Real v, dv_dp, dv_dT;
290 1 : v_from_p_T(pressure, temperature, v, dv_dp, dv_dT);
291 :
292 : // definition of e = h - p * v
293 1 : de_dp = -pressure * dv_dp - v;
294 :
295 : // definition of e = h - p * v
296 1 : Real cp = cp_from_v_e(v, e);
297 1 : de_dT = cp - pressure * dv_dT;
298 1 : }
299 :
300 : Real
301 1 : FlinakFluidProperties::e_from_p_rho(Real p, Real rho) const
302 : {
303 1 : return e_from_p_T(p, T_from_p_rho(p, rho));
304 : }
305 :
306 : Real
307 0 : FlinakFluidProperties::beta_from_p_T(Real pressure, Real temperature) const
308 : {
309 : Real rho, drho_dp, drho_dT;
310 0 : rho_from_p_T(pressure, temperature, rho, drho_dp, drho_dT);
311 0 : return -drho_dT / rho;
312 : }
313 :
314 7 : Real FlinakFluidProperties::cp_from_p_T(Real /*pressure*/, Real /*temperature*/) const
315 : {
316 7 : return _cp;
317 : }
318 :
319 : void
320 1 : FlinakFluidProperties::cp_from_p_T(
321 : Real pressure, Real temperature, Real & cp, Real & dcp_dp, Real & dcp_dT) const
322 : {
323 1 : cp = cp_from_p_T(pressure, temperature);
324 1 : dcp_dp = 0.0;
325 1 : dcp_dT = 0.0;
326 1 : }
327 :
328 : Real
329 0 : FlinakFluidProperties::cv_from_p_T(Real pressure, Real temperature) const
330 : {
331 0 : Real v = v_from_p_T(pressure, temperature);
332 0 : Real e = e_from_p_T(pressure, temperature);
333 0 : return cv_from_v_e(v, e);
334 : }
335 :
336 : void
337 0 : FlinakFluidProperties::cv_from_p_T(
338 : Real pressure, Real temperature, Real & cv, Real & dcv_dp, Real & dcv_dT) const
339 : {
340 0 : cv = cv_from_p_T(pressure, temperature);
341 0 : dcv_dp = 0.0;
342 0 : dcv_dT = 0.0;
343 0 : }
344 :
345 : Real
346 7 : FlinakFluidProperties::mu_from_p_T(Real /*pressure*/, Real temperature) const
347 : {
348 7 : return 4.0e-5 * std::exp(4170.0 / temperature);
349 : }
350 :
351 : void
352 1 : FlinakFluidProperties::mu_from_p_T(
353 : Real pressure, Real temperature, Real & mu, Real & dmu_dp, Real & dmu_dT) const
354 : {
355 1 : mu = this->mu_from_p_T(pressure, temperature);
356 1 : dmu_dp = 0.0;
357 1 : dmu_dT = -4.0e-5 * std::exp(4170.0 / temperature) * 4170.0 / (temperature * temperature);
358 1 : }
359 :
360 : Real
361 7 : FlinakFluidProperties::k_from_p_T(Real /*pressure*/, Real temperature) const
362 : {
363 7 : return 5.0e-4 * temperature + 0.43;
364 : }
365 :
366 : void
367 1 : FlinakFluidProperties::k_from_p_T(
368 : Real pressure, Real temperature, Real & k, Real & dk_dp, Real & dk_dT) const
369 : {
370 1 : k = this->k_from_p_T(pressure, temperature);
371 1 : dk_dp = 0.0;
372 1 : dk_dT = 5.0e-4;
373 1 : }
|
