Постоянная камера объема с 3 портами (MA)

Поместите в камеру с тремя портами и зафиксированным объемом сырого воздуха

Библиотека:
Simscape / Библиотека Основы / Сырой Воздух / Элементы

Описание

Массовое хранение моделей блока Constant Volume Chamber (MA) С 3 портами и аккумулирование энергии в сырой воздушной сети. Камера содержит постоянный объем сырого воздуха и имеет три входных отверстия. Корпус может обмениваться массой и энергией со связанной сырой воздушной сетью, а также обмениваться теплом со средой, позволяя ее внутреннему давлению и температуре развиваться в зависимости от времени. Давление и температура развивается на основе сжимаемости и тепловой способности этого сырого воздушного объема. Жидкая вода уплотняет из сырого воздушного объема, когда это достигает насыщения.

Уравнения блока используют эти символы. Индексы a, w и g указывают на свойства сухого воздуха, водяного пара, и прослеживают газ, соответственно. Нижний ws указывает на водяной пар в насыщении. Индексы A, B, C, H и S указывают на соответствующий порт. Нижний I указывает на свойства внутреннего сырого воздушного объема.

$\dot{m}$	Массовая скорость потока жидкости
Φ	Энергетическая скорость потока жидкости
Q	Уровень теплового потока
p	Давление
ρ	Плотность
R	Определенная газовая константа
V	Объем сырого воздуха в камере
c _v	Удельная теплоемкость в постоянном объеме
h	Определенная энтальпия
u	Определенная внутренняя энергия
x	Массовая часть (x _w является удельной влажностью, которая является другим термином для части массы водяного пара),
y	Мольная доля
φ	Относительная влажность
r	Отношение влажности
T	Температура
t	Время

Уровни чистого потока в сырой воздушный объем в камере

$\begin{array}{l} {\dot{m}}_{n e t} = {\dot{m}}_{A} + {\dot{m}}_{B} + {\dot{m}}_{C} - {\dot{m}}_{c o n d e n s e} + {\dot{m}}_{w S} + {\dot{m}}_{g S} \\ Φ_{n e t} = Φ_{A} + Φ_{B} + Φ_{C} + Q_{H} - Φ_{c o n d e n s e} + Φ_{S} \\ {\dot{m}}_{w, n e t} = {\dot{m}}_{w A} + {\dot{m}}_{w B} + {\dot{m}}_{w C} - {\dot{m}}_{c o n d e n s e} + {\dot{m}}_{w S} \\ {\dot{m}}_{g, n e t} = {\dot{m}}_{g A} + {\dot{m}}_{g B} + {\dot{m}}_{g C} + {\dot{m}}_{g S} \end{array}$

где:

$\dot{m}$ _{уплотните} уровень конденсации.
Φ _{уплотняет}, уровень энергетической потери от сжатой воды.
Φ _S является уровнем энергии, добавленной источниками газа трассировки и влажности. ${\dot{m}}_{w S}$ и ${\dot{m}}_{g S}$ массовые скорости потока воды и газа, соответственно, через порт S. Значения ${\dot{m}}_{w S}$ , ${\dot{m}}_{g S}$ , и Φ _S определяется влажностью и прослеживает газовые источники, соединенные с портом S камеры.

Сохранение массы водяного пара связывает скорость потока жидкости массы водяного пара с динамикой уровня влажности во внутреннем сыром воздушном объеме:

$\frac{d x_{w I}}{d t} ρ_{I} V + x_{w I} {\dot{m}}_{n e t} = {\dot{m}}_{w, n e t}$

Точно так же проследите газовое массовое сохранение, связывает газ трассировки массовая скорость потока жидкости с динамикой уровня газа трассировки во внутреннем сыром воздушном объеме:

$\frac{d x_{g I}}{d t} ρ_{I} V + x_{g I} {\dot{m}}_{n e t} = {\dot{m}}_{g, n e t}$

Сохранение массы смеси связывает скорость потока жидкости массы смеси с динамикой давления, температуры и массовых частей внутреннего сырого воздушного объема:

$(\frac{1}{p_{I}} \frac{d p_{I}}{d t} - \frac{1}{T_{I}} \frac{d T_{I}}{d t}) ρ_{I} V + \frac{R_{a} - R_{w}}{R_{I}} ({\dot{m}}_{w, n e t} - x_{w} {\dot{m}}_{n e t}) + \frac{R_{a} - R_{g}}{R_{I}} ({\dot{m}}_{g, n e t} - x_{g} {\dot{m}}_{n e t}) = {\dot{m}}_{n e t}$

Наконец, энергосбережение связывает энергетическую скорость потока жидкости с динамикой давления, температуры и массовых частей внутреннего сырого воздушного объема:

$ρ_{I} c_{v I} V \frac{d T_{I}}{d t} + (u_{w I} - u_{a I}) ({\dot{m}}_{w, n e t} - x_{w} {\dot{m}}_{n e t}) + (u_{g I} - u_{a I}) ({\dot{m}}_{g, n e t} - x_{g} {\dot{m}}_{n e t}) + u_{I} {\dot{m}}_{n e t} = Φ_{n e t}$

Уравнение состояния связывает плотность смеси с давлением и температурой:

$p_{I} = ρ_{I} R_{I} T_{I}$

Смесь определенная газовая константа

$R_{I} = x_{a I} R_{a} + x_{w I} R_{w} + x_{g I} R_{g}$

Сопротивление потока и тепловое сопротивление не моделируются в камере:

$\begin{array}{l} p_{A} = p_{B} = p_{C} = p_{I} \\ T_{H} = T_{I} \end{array}$

Когда сырой воздушный объем достигает насыщения, конденсация может произойти. Удельная влажность в насыщении

$x_{w s I} = φ_{w s} \frac{R_{I}}{R_{w}} \frac{p_{I}}{p_{w s I}}$

где:

φ _ws является относительной влажностью в насыщении (обычно 1).
p_wsI является давлением насыщения водяного пара, оцененным в T _I.

Уровень конденсации

${\dot{m}}_{c o n d e n s e} = {\begin{array}{l} 0, & если x_{w I} \leq x_{w s I} \\ \frac{x_{w I} - x_{w s I}}{τ_{c o n d e n s e}} ρ_{I} V, & если x_{w I} > x_{w s I} \end{array}$

то, где τ _{уплотняет}, является значением параметров Condensation time constant.

Сжатая вода вычтена из сырого воздушного объема, как показано в уравнениях сохранения. Энергия, сопоставленная со сжатой водой,

$Φ_{c o n d e n s e} = {\dot{m}}_{c o n d e n s e} (h_{w I} - Δ h_{v a p I})$

где Δh _Вапи является определенной энтальпией испарения, оцененного в T _I.

Другая влажность и количества газа трассировки связаны друг с другом можно следующим образом:

$\begin{array}{l} φ_{w I} = \frac{y_{w I} p_{I}}{p_{w s I}} \\ y_{w I} = \frac{x_{w I} R_{w}}{R_{I}} \\ r_{w I} = \frac{x_{w I}}{1 - x_{w I}} \\ y_{g I} = \frac{x_{g I} R_{g}}{R_{I}} \\ x_{a I} + x_{w I} + x_{g I} = 1 \end{array}$

Переменные

Чтобы установить приоритет и начальные целевые значения для основных переменных до симуляции, используйте вкладку Variables в диалоговом окне блока (или раздел Variables в блоке Property Inspector). Для получения дополнительной информации смотрите Приоритет Набора и Начальную Цель для Основных переменных и Начальные условия для Блоков с Конечным Сырым Воздушным Объемом.

Предположения и ограничения

Стены камеры совершенно тверды.
Сопротивления потока между входными отверстиями камеры и сырым воздушным объемом не моделируются. Соедините Локальное Ограничение (MA) блоки или Сопротивление Потока (MA) блоки к портам A, B и C к образцовому падению давления, сопоставленному с входными отверстиями.
Тепловое сопротивление между портом H и сырым воздушным объемом не моделируется. Используйте блоки библиотеки Thermal, чтобы смоделировать тепловые сопротивления между сырой воздушной смесью и средой, включая любые термальные эффекты стены камеры.

Порты

Вывод

развернуть все

`W` Уровень измерения конденсации, kg/s
физический сигнал

Выходной порт физического сигнала, который измеряет уровень конденсации в камере.

`F` Векторный физический сигнал, содержащий давление, температуру, влажность и данные об уровнях газа трассировки
вектор физического сигнала

Выходной порт физического сигнала, который выводит векторный сигнал. Вектор содержит давление (в Pa), температура (в K), уровень влажности и измерения уровня газа трассировки в компоненте. Используйте блок Measurement Selector (MA), чтобы распаковать этот векторный сигнал.

Сохранение

развернуть все

`A` Камера вставляется
сырой воздух

Сырой воздушный порт сохранения сопоставлен с одним входным отверстием камеры.

`B` Камера вставляется
сырой воздух

Сырой воздушный порт сохранения сопоставлен с одним входным отверстием камеры.

`C` Камера вставляется
сырой воздух

Сырой воздушный порт сохранения сопоставлен с одним входным отверстием камеры.

`H` Температура в камере
тепловой

Тепловой порт сохранения, сопоставленный с температурой воздушной смеси в камере.

`S` Введите или извлеките влажность и проследите газ
сырой воздушный источник

Соедините этот порт с портом S блока от библиотеки Moisture & Trace Gas Sources, чтобы добавить или удалить влажность и проследить газ. Для получения дополнительной информации смотрите Используя Источники Газа Влажности и Трассировки.

Параметры

развернуть все

`Chamber volume` — Объем сырого воздуха в камере
`0.001 m^3` (значение по умолчанию)

Объем сырого воздуха в камере. Камера тверда и ее объем, поэтому постоянный во время симуляции. Камера принята, чтобы быть абсолютно заполненной сырым воздухом в любом случае.

`Cross-sectional area at port A` — Область, нормальная, чтобы течь путь во входном отверстии камеры
`0.01 m^2` (значение по умолчанию)

Площадь поперечного сечения входного отверстия камеры в порте A, в направлении, нормальном к пути к воздушному потоку.

`Cross-sectional area at port B` — Область, нормальная, чтобы течь путь во входном отверстии камеры
`0.01 m^2` (значение по умолчанию)

Площадь поперечного сечения входного отверстия камеры в порте B, в направлении, нормальном к пути к воздушному потоку.

`Cross-sectional area at port C` — Область, нормальная, чтобы течь путь во входном отверстии камеры
`0.01 m^2` (значение по умолчанию)

Площадь поперечного сечения входного отверстия камеры в порте C, в направлении, нормальном к пути к воздушному потоку.

`Relative humidity at saturation` — Относительная влажность, выше которой происходит конденсация
`1` (значение по умолчанию)

Относительная влажность, выше которой происходит конденсация.

`Condensation time constant` — Масштаб времени для конденсации
`1e-3 s` (значение по умолчанию)

Характеристический масштаб времени, в котором перенасыщенный сырой воздушный объем возвращается к насыщению путем сжатия избыточной влажности.

Образцовые примеры

Система ОВКВ автомобиля

Модели сырой воздушный поток в нагревании автомобиля, вентиляции и кондиционировании воздуха (HVAC) система. Каюта автомобиля представлена как объем сырого воздушного тепла обмена с внешней средой. Сырые воздушные потоки через откидную створку рециркуляции, вентилятор, испаритель, дверь смешения и нагреватель прежде, чем возвратиться к каюте. Откидная створка рециркуляции выбирает потребление потока из каюты или из внешней среды. Дверь блендера отклоняет поток вокруг нагревателя, чтобы контролировать температуру.

Открытая модель

Система контроля за состоянием окружающей среды самолета

Моделирует систему контроля за состоянием окружающей среды (ECS) самолета, которая регулирует давление, температуру, влажность и озон (O3), чтобы поддержать удобную и безопасную среду каюты. Охлаждение и сушка обеспечивается воздушной машиной цикла (ACM), которая действует в качестве обратного Цикла Брайтона, чтобы удалить тепло из герметичного горячего воздуха выхода за край механизма. Некоторый горячий воздух выхода за край смешан непосредственно с выводом ACM, чтобы скорректировать температуру. Герметизация сохраняется клапаном оттока в каюте. Эта модель моделирует ECS, действующий от горячего состояния грунта до холодного условия круиза и назад к холодному состоянию грунта.

Открытая модель

Медицинский вентилятор с моделью легкого

Моделирует положительное давление медицинская система вентилятора. Предварительно установленная скорость потока жидкости предоставляется пациенту. Легкие моделируются с Переводным Механическим Конвертером (MA), который преобразовывает сырое давление воздуха в переводное движение. Путем установки Интерфейсной площади поперечного сечения на единицу смещение в механической переводной сети становится прокси для объема, сила становится прокси для давления, коэффициент упругости становится прокси для дыхательной диэлектрической емкости, и коэффициент затухания становится прокси для дыхательного сопротивления.

Открытая модель

Документация

Постоянная камера объема с 3 портами (MA)