Корпус с жидкостью и объемами пара переменной пропорции
Simscape / Жидкости / Двухфазная Жидкость / Tanks & Accumulators
Блок Receiver-Accumulator (2P) моделирует корпус жидкости с двумя зонами, один каждый для фаз пара и жидкости. Зоны отличны, и фазы не смешиваются. Они могут, однако, уменьшиться и вырасти, один за счет другого, адвекцией и фазовым переходом. Зона может уменьшиться на грани исчезновения — пара полностью уступка его объема к жидкости при низких температурах, например — только, чтобы вновь появиться, когда условия инвертируют.
Технически, в целях симуляции, зона никогда полностью исчезает. Объем трассировки всегда остается в нем. Этот (мертвый) объем составляет примерно 1% общего количества в корпусе. На таких крохотных уровнях зона является столь небольшой, что она может считаться полностью исчезавший от корпуса.
Корпуса этого вида типичны для систем ОВКВ — известный, в зависимости от местоположения как получатели или аккумуляторы.
Типичный получатель соединяется между конденсатором и клапаном расширения. Связь с клапаном расширения такова, который только подохладил жидкие потоки к нему. В этом блоке та связь может быть через жидкие порты AL и BL. Пока существует жидкость в корпусе, поток из этих портов будет всегда содержать чистую подохлажденную жидкость.
Аккумулятор, с другой стороны, обычно появляется между испарителем и компрессором. Связь с компрессором такова, который только перегрел потоки пара к нему. В этом блоке та связь может быть через порты AV и BV пара. Пока существует пар в корпусе, поток из этих портов будет всегда содержать чистый перегретый пар.
Жидкость может обмениваться теплом со стенкой резервуара — например, чтобы управлять фазовым переходом. Тепловое граничное условие в стене установлено портом H. Количество тепла стены проигнорировано. Можно, однако, получить его эффекты с помощью блока Thermal Mass.
Об уровне жидкости корпуса сообщают как физический сигнал через порт L. Такая индикация часто служит в системах ОВКВ, чтобы измерить, сколько хладагента остается в системе.
Корпус тверд, который должен сказать, что его суммарный объем фиксируется во время симуляции. Когда жидкость и пар внутри могут подвергнуться фазовому переходу, однако, их соответствующие объемы, и поэтому их массы также, будут обычно отличаться в зависимости от времени. Массовое усиление одной зоны из-за фазового перехода является естественно массовой потерей другого. Массовый баланс в жидкой зоне:
где термин слева является уровнем массового накопления в жидкой зоне (преобразуйте в нижний индекс L), и массовая скорость потока жидкости в или из той зоны. Знак "минус" указывает на отток. Индексы In и Out обозначают общие массовые скорости потока жидкости в и из зоны адвекцией. Индексы Con и Vap обозначают массовые обменные курсы из-за конденсации и испарения в интерфейсе жидкого пара.
Аналогично, массовый баланс для зоны пара:
где нижний V обозначает количество, характерное для зоны пара. Массовые обменные курсы из-за конденсации и испарения следуют из энергетических факторов. Для тех вычислений см. ''Фазовый переход Жидкого Пара''.
Жидкая фаза может ввести корпус через любой из портов — AL, BL, AV и BV. Так может испариться. Если жидкость в порте находится полностью в жидкой фазе, та жидкость переходит к жидкой зоне. Если это находится полностью в фазе пара, это переходит к зоне пара. Когда двухфазная смесь вводит корпус, затем его массовая часть жидкости переходит к жидкой зоне и остальным к зоне пара.
Обычно — когда жидкость кроме мертвого объема остается в зонах — жидкая фаза может выйти из корпуса через порты AL и BL только; фаза пара может вытечь через порты AV и BV только. Массовая скорость потока жидкости из жидкой зоны (адвекцией через порты):
где индексы, AL и BL обозначают то, что обычно является жидкими портами. Массовые скорости потока жидкости через отдельные порты заданы как положительные в корпус и как отрицательные из корпуса. Знак "минус" в выражении отражает то, что общая массовая скорость потока жидкости из жидкой зоны задана как положительная для оттока. Для зоны пара:
где индексы, AV и BV обозначают то, что обычно является портами пара. Соглашения знака как описаны для жидкой зоны.
Если зона уменьшается к размеру ее мертвого объема, фаза в той зоне эффективно исчезает. Остающаяся фаза, как затем рассматривается, занимает весь корпус, и это свободно выйти через любой из портов — включая обычно используемых устраненной фазой. Если только жидкость остается в корпусе, общая массовая скорость потока жидкости из жидкой зоны становится:
С другой стороны, если только пар остается в корпусе, общая массовая скорость потока жидкости из зоны пара становится:
Корпус обычно не изолируется. Жидкость и пар внутри могут обмениваться теплом со стеной и, через него, со средой. Уровень теплообмена зависит от теплового граничного условия, заданного в порте H. (Что уровень принят, чтобы быть тем же самым для жидкости и зон пара одинаково).
Теплообмен, фазовый переход и энергетический поток через порты вместе составляют накопление определенной внутренней энергии в корпусе. В жидкой зоне то накопление (от энергетического баланса для той зоны):
где первый срок слева является уровнем накопления определенной внутренней энергии в жидкой зоне. Второй срок является уровнем массового накопления. Справа, ϕ обозначает энергетическую скорость потока жидкости в или из зоны. Как прежде, знак "минус" указывает на отток. Индексы как описаны в ''Массовом Балансе''. Q является уровнем теплообмена между стенкой резервуара и жидкостью в зоне.
Аналогично для объема пара:
Когда фазы могут каждый ввести корпус через любой из его портов, так может энергия, которую они несут. Который несет жидкая фаза переходит к жидкой зоне. Который несет фаза пара входит в зону пара. Если двухфазная смесь вводит корпус, его энергетическое содержимое разделено между зонами: часть, которую несет жидкая фаза, входит в жидкую зону и остаток в зону пара.
Когда больше, чем мертвый объем остаются в зоне, энергия может вытечь из той зоны через свои соответствующие порты только. Энергия от жидкой зоны может вытечь через порты AL и BL только; это от зоны пара может вытечь через порты AV и BV только. Энергетическая скорость потока жидкости из жидкой зоны адвекцией затем:
Как с массовым потоком, энергетические скорости потока жидкости через отдельные порты заданы как положительные для притока и как отрицательные для оттока. Знак "минус" в выражении отражает то, что скорость потока жидкости полной энергии из жидкой зоны задана как положительная для оттока. Для зоны пара:
Если зона содержит только свой мертвый объем, то остающаяся фаза, как рассматривается, занимает корпус в целом. Энергия той фазы затем свободна выйти через любой из портов, даже обычно используемые устраненной фазой. Только с жидкостью в корпусе:
С только испаряются в корпусе:
Происходит ли фазовый переход, и который преобразовывает фаза, к которому, зависит от определенной энтальпии каждой фазы. В жидкой зоне, если средняя определенная энтальпия выше степени насыщения для жидкой фазы, то жидкость испаряется. Зона уступает массу и энергию к зоне пара на уровне, зависящем от временной константы фазового перехода. Если определенная энтальпия ниже степени насыщения, зона ничего не теряет. Выраженный как кусочная функция:
где M L является общей массой в жидкой зоне, и τ является параметрами блоков Vaporization and condensation time constant. Нижний L,Sat обозначает степень насыщения для жидкой фазы. Энергетический обменный курс из-за испарения определяет массовый обменный курс между жидкими зонами, когда жидкость преобразовывает в пар:
где нижний V,Sat обозначает степень насыщения для фазы пара. Неявный в этом выражении предположение, что, когда-то преобразованный в пар, жидкая масса имеет определенную энтальпию, равную степени насыщения ее новой фазы.
В зоне пара, если средняя определенная энтальпия ниже степени насыщения фазы пара, то испаряются, уплотняет. Зона уступает массу и энергию к жидкой зоне на уровне, зависящем от временной константы фазового перехода, заданной в блоке (где это принято, чтобы быть тем же самым для испарения и конденсации). Если определенная энтальпия выше степени насыщения, зона ничего не теряет. Выраженный как кусочная функция:
где M V является общей массой в зоне пара. Энергетический обменный курс из-за конденсации определяет массовый обменный курс между жидкими зонами, когда пар преобразовывает в жидкость:
Масса пара, когда-то преобразованная в жидкость, принята, чтобы быть в определенной энтальпии, равной степени насыщения ее новой фазы.
Теплообмен между жидкостью и стеной принят, чтобы быть конвективной природы. Его общий уровень вычисляется здесь как сумма отдельных уровней между жидкой зоной и ее разделом стены и, аналогично, между зоной пара и ее разделом стены:
где Q H является общим уровнем теплообмена, являющимся результатом теплового граничного условия, заданного в порте H. Между жидкой зоной и ее частью стенной площади поверхности:
где:
f V, L является частью объема корпуса, поднятого жидкой зоной. Продукт этой части с площадью поверхности стены дает площадь поверхности, доступную для теплообмена между жидкостью и стенкой резервуара.
S W является поверхностью, доступной для теплообмена — это между стеной корпуса и всей жидкостью внутри.
α L является коэффициентом теплопередачи для жидкой зоны (параметр во вкладке Heat Transfer диалогового окна блока).
T является средней температурой в местоположении, обозначенном в индексе — H для стенки резервуара, L для жидкой зоны.
Между зоной пара и ее частью стенной площади поверхности:
где переменные как описаны для жидкой зоны, но с нижним V, обозначающим значение в зоне пара. Первый срок в круглых скобках является частью объема, поднятой зоной пара. Фазы - каждый сжимаемый и поэтому переменной плотности. В результате часть объема зоны будет обычно отличаться от своей массовой части. Соответствие между объемом и массовыми частями жидкой зоны (единственное, рассмотренное явным образом в вычислениях блока):
где f, M,L является массовой частью жидкой зоны и ν, является определенным объемом фазы, обозначенной в индексе (L для жидкости, V для пара).
Сопротивление потока из-за трения и внезапных изменений направления проигнорировано. Порты приняты, чтобы лечь на плоскость и поэтому при том же повышении. Давление является поэтому постоянным в корпусе — и через жидкость и через зоны пара — и в каждом из портов:
где P является давлением в местоположении, обозначенном индексом. I обозначает внутреннюю часть корпуса.
Постоянная камера объема с 2 портами (2P) | Постоянная камера объема с 3 портами (2P) | Канал С 3 зонами (2P) | Постоянная камера объема (2P)
