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1 : //* This file is part of the MOOSE framework
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3 : //*
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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 "LinearFluidProperties.h"
11 :
12 : registerMooseObject("ThermalHydraulicsApp", LinearFluidProperties);
13 :
14 : InputParameters
15 2 : LinearFluidProperties::validParams()
16 : {
17 2 : InputParameters params = SinglePhaseFluidProperties::validParams();
18 4 : params.addRequiredParam<Real>("p_0", "Reference pressure");
19 4 : params.addRequiredParam<Real>("rho_0", "Reference density");
20 4 : params.addRequiredParam<Real>("a2", "dp/d(rho)");
21 4 : params.addRequiredParam<Real>("beta", "Coefficient of thermal expansion");
22 4 : params.addRequiredParam<Real>("cv", "Specific heat");
23 4 : params.addRequiredParam<Real>("e_0", "Reference internal energy");
24 4 : params.addRequiredParam<Real>("T_0", "Reference internal energy");
25 4 : params.addRequiredParam<Real>("mu", "Dynamic viscosity, Pa.s");
26 4 : params.addRequiredParam<Real>("k", "Thermal conductivity, W/(m-K)");
27 2 : params.addClassDescription(
28 : "Fluid properties for a fluid with density linearly dependent on temperature and pressure");
29 2 : return params;
30 0 : }
31 :
32 1 : LinearFluidProperties::LinearFluidProperties(const InputParameters & parameters)
33 : : SinglePhaseFluidProperties(parameters),
34 1 : _rho_0(getParam<Real>("rho_0")),
35 2 : _p_0(getParam<Real>("p_0")),
36 2 : _a2(getParam<Real>("a2")),
37 2 : _beta(getParam<Real>("beta")),
38 2 : _cv(getParam<Real>("cv")),
39 2 : _e_0(getParam<Real>("e_0")),
40 2 : _T_0(getParam<Real>("T_0")),
41 2 : _mu(getParam<Real>("mu")),
42 2 : _k(getParam<Real>("k")),
43 1 : _Pr(_cv / _k * _mu)
44 : {
45 1 : }
46 :
47 : Real
48 13 : LinearFluidProperties::p_from_v_e(Real v, Real e) const
49 : {
50 13 : return _p_0 + _rho_0 * _a2 * ((1 / v / _rho_0 - 1.) + (_beta / _cv) * (e - _e_0));
51 : }
52 :
53 : void
54 1 : LinearFluidProperties::p_from_v_e(Real v, Real e, Real & p, Real & dp_dv, Real & dp_de) const
55 : {
56 1 : p = p_from_v_e(v, e);
57 1 : dp_dv = -_a2 / v / v;
58 1 : dp_de = _rho_0 * _a2 * _beta / _cv;
59 1 : }
60 :
61 : Real
62 7 : LinearFluidProperties::T_from_v_e(Real /*v*/, Real e) const
63 : {
64 : // e - e0 = cv * (T - T0)
65 7 : return _T_0 + (1. / _cv) * (e - _e_0);
66 : }
67 :
68 : void
69 1 : LinearFluidProperties::T_from_v_e(Real v, Real e, Real & T, Real & dT_dv, Real & dT_de) const
70 : {
71 1 : T = T_from_v_e(v, e);
72 1 : dT_dv = 0;
73 1 : dT_de = 1 / _cv;
74 1 : }
75 :
76 : Real
77 6 : LinearFluidProperties::c_from_v_e(Real, Real) const
78 : {
79 6 : return std::sqrt(_a2);
80 : }
81 :
82 : void
83 1 : LinearFluidProperties::c_from_v_e(Real v, Real e, Real & c, Real & dc_dv, Real & dc_de) const
84 : {
85 1 : c = c_from_v_e(v, e);
86 1 : dc_dv = 0;
87 1 : dc_de = 0;
88 1 : }
89 :
90 : Real
91 7 : LinearFluidProperties::cp_from_v_e(Real, Real) const
92 : {
93 7 : return _cv;
94 : }
95 :
96 : void
97 1 : LinearFluidProperties::cp_from_v_e(Real v, Real e, Real & cp, Real & dcp_dv, Real & dcp_de) const
98 : {
99 1 : cp = cp_from_v_e(v, e);
100 1 : dcp_de = 0;
101 1 : dcp_dv = 0;
102 1 : }
103 :
104 : Real
105 7 : LinearFluidProperties::cv_from_v_e(Real, Real) const
106 : {
107 7 : return _cv;
108 : }
109 :
110 : void
111 1 : LinearFluidProperties::cv_from_v_e(Real v, Real e, Real & cv, Real & dcv_dv, Real & dcv_de) const
112 : {
113 1 : cv = cv_from_v_e(v, e);
114 1 : dcv_de = 0;
115 1 : dcv_dv = 0;
116 1 : }
117 :
118 : Real
119 1 : LinearFluidProperties::mu_from_v_e(Real, Real) const
120 : {
121 1 : return _mu;
122 : }
123 :
124 : Real
125 1 : LinearFluidProperties::k_from_v_e(Real, Real) const
126 : {
127 1 : return _k;
128 : }
129 :
130 : Real
131 1 : LinearFluidProperties::s_from_v_e(Real, Real) const
132 : {
133 1 : mooseError(name(), ": s_from_v_e() not implemented.");
134 : }
135 :
136 : void
137 1 : LinearFluidProperties::s_from_v_e(Real, Real, Real &, Real &, Real &) const
138 : {
139 1 : mooseError(name(), ": s_from_v_e() not implemented.");
140 : }
141 :
142 : Real
143 1 : LinearFluidProperties::s_from_p_T(Real, Real) const
144 : {
145 1 : mooseError(name(), ": s_from_p_T() not implemented.");
146 : }
147 :
148 : void
149 1 : LinearFluidProperties::s_from_p_T(Real, Real, Real &, Real &, Real &) const
150 : {
151 1 : mooseError(name(), ": s_from_p_T() not implemented.");
152 : }
153 :
154 : Real
155 1 : LinearFluidProperties::s_from_h_p(Real, Real) const
156 : {
157 1 : mooseError(name(), ": s(h,p) is not implemented");
158 : }
159 :
160 : void
161 1 : LinearFluidProperties::s_from_h_p(Real, Real, Real &, Real &, Real &) const
162 : {
163 1 : mooseError(name(), ": s(h,p) is not implemented");
164 : }
165 :
166 : Real
167 1 : LinearFluidProperties::rho_from_p_s(Real, Real) const
168 : {
169 1 : mooseError(name(), ": rho_from_p_s() not implemented.");
170 : }
171 :
172 : void
173 1 : LinearFluidProperties::rho_from_p_s(Real, Real, Real &, Real &, Real &) const
174 : {
175 1 : mooseError(name(), ": rho_from_p_s() not implemented.");
176 : }
177 :
178 : Real
179 6 : LinearFluidProperties::e_from_v_h(Real v, Real h) const
180 : {
181 6 : return (h - v * p_from_v_e(v, 0)) / (1 + v * _beta / _cv * _rho_0 * _a2);
182 : }
183 :
184 : void
185 1 : LinearFluidProperties::e_from_v_h(Real v, Real h, Real & e, Real & de_dv, Real & de_dh) const
186 : {
187 1 : const auto num = (h - v * (_p_0 + _a2 * ((1 / v - _rho_0) - _rho_0 * _beta / _cv * _e_0)));
188 1 : const auto denum = (1 + v * _beta / _cv * _rho_0 * _a2);
189 1 : e = num / denum;
190 1 : de_dh = 1 / denum;
191 1 : de_dv = ((-_p_0 - _a2 * _rho_0 * (-1 - _beta / _cv * _e_0)) * denum -
192 1 : num * _beta / _cv * _rho_0 * _a2) /
193 1 : denum / denum;
194 1 : }
195 :
196 : Real
197 1 : LinearFluidProperties::beta_from_p_T(Real, Real) const
198 : {
199 1 : return _beta;
200 : }
201 :
202 : void
203 0 : LinearFluidProperties::beta_from_p_T(
204 : Real p, Real T, Real & beta, Real & dbeta_dp, Real & dbeta_dT) const
205 : {
206 0 : beta = beta_from_p_T(p, T);
207 0 : dbeta_dp = 0;
208 0 : dbeta_dT = 0;
209 0 : }
210 :
211 : Real
212 19 : LinearFluidProperties::rho_from_p_T(Real p, Real T) const
213 : {
214 19 : Real e = _e_0 + _cv * (T - _T_0);
215 19 : return (p - _p_0) / _a2 - _rho_0 * (_beta / _cv) * (e - _e_0) + _rho_0;
216 : }
217 :
218 : void
219 3 : LinearFluidProperties::rho_from_p_T(
220 : Real p, Real T, Real & rho, Real & drho_dp, Real & drho_dT) const
221 : {
222 3 : Real e = _e_0 + _cv * (T - _T_0);
223 3 : rho = (p - _p_0) / _a2 - _rho_0 * (_beta / _cv) * (e - _e_0) + _rho_0;
224 3 : drho_dp = 1 / _a2;
225 3 : drho_dT = -_rho_0 * _beta;
226 3 : }
227 :
228 : Real
229 6 : LinearFluidProperties::e_from_p_T(Real p, Real T) const
230 : {
231 6 : const auto rho = rho_from_p_T(p, T);
232 6 : return e_from_p_rho(p, rho);
233 : }
234 :
235 : void
236 1 : LinearFluidProperties::e_from_p_T(Real p, Real T, Real & e, Real & de_dp, Real & de_dT) const
237 : {
238 : Real rho, drho_dp, drho_dT;
239 1 : rho_from_p_T(p, T, rho, drho_dp, drho_dT);
240 : Real de_drho, de_dp_rho;
241 1 : e_from_p_rho(p, rho, e, de_dp_rho, de_drho);
242 1 : de_dp = de_drho * drho_dp + de_dp_rho;
243 1 : de_dT = de_drho * drho_dT;
244 1 : }
245 :
246 : Real
247 22 : LinearFluidProperties::e_from_p_rho(Real p, Real rho) const
248 : {
249 22 : return (_cv / _beta) * (((p - _p_0) / (_rho_0 * _a2)) - (rho / _rho_0) + 1) + _e_0;
250 : }
251 :
252 : void
253 2 : LinearFluidProperties::e_from_p_rho(Real p, Real rho, Real & e, Real & de_dp, Real & de_drho) const
254 : {
255 2 : e = e_from_p_rho(p, rho);
256 2 : de_dp = _cv / _beta / _rho_0 / _a2;
257 2 : de_drho = -_cv / _beta / _rho_0;
258 2 : }
259 :
260 : Real
261 7 : LinearFluidProperties::h_from_p_T(Real p, Real T) const
262 : {
263 7 : Real rho = rho_from_p_T(p, T);
264 7 : Real e = e_from_p_rho(p, rho);
265 7 : return e + p / rho;
266 : }
267 :
268 : void
269 1 : LinearFluidProperties::h_from_p_T(Real p, Real T, Real & h, Real & dh_dp, Real & dh_dT) const
270 : {
271 1 : h = h_from_p_T(p, T);
272 :
273 : Real rho, drho_dp, drho_dT;
274 1 : rho_from_p_T(p, T, rho, drho_dp, drho_dT);
275 :
276 1 : dh_dp = 1.0 / rho - p / rho / rho * drho_dp;
277 1 : dh_dT = _cv - p / rho / rho * drho_dT;
278 1 : }
279 :
280 : Real
281 1 : LinearFluidProperties::p_from_h_s(Real, Real) const
282 : {
283 1 : mooseError(name(), ": p_from_h_s() not implemented");
284 : }
285 :
286 : void
287 1 : LinearFluidProperties::p_from_h_s(Real, Real, Real &, Real &, Real &) const
288 : {
289 1 : mooseError(name(), ": p_from_h_s() not implemented");
290 : }
291 :
292 : Real
293 1 : LinearFluidProperties::g_from_v_e(Real, Real) const
294 : {
295 1 : mooseError(name(), ": g_from_v_e(v, e) not implemented");
296 : }
297 :
298 : Real
299 1 : LinearFluidProperties::molarMass() const
300 : {
301 1 : mooseError(name(), ": molarMass() not implemented");
302 : }
303 :
304 : Real
305 1 : LinearFluidProperties::Pr(Real, Real) const
306 : {
307 1 : return _Pr;
308 : }
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