Control Volume System

Постоянный объем открытая термодинамическая система с теплопередачей

  • Библиотека:
  • Powertrain Blockset / Движение / Компоненты Двигателя внутреннего сгорания / Основной Поток

Описание

Блок Control Volume System моделирует постоянный объем открытая термодинамическая система с теплопередачей. Блок использует сохранение массы и энергии, принимая идеальный газ, чтобы определить давление и температуру. Блок реализует автомобильно-специфичный блок Constant Volume Pneumatic Chamber, который включает термальные эффекты, связанные с под капотом пассажирских транспортных средств. Можно задать модели теплопередачи:

  • Постоянный

  • Внешний вход

  • Внешняя стенная конвекция

Можно использовать блок Control Volume System, чтобы представлять компоненты механизма, которые содержат объем, включая трубопроводы и коллекторы.

Термодинамика

Блок Control Volume System реализует постоянную емкость объема, содержащую идеальный газ. Чтобы определить изменения уровня в температуре и давлении, блок использует уравнение неразрывности и первый закон термодинамики.

dTvoldt=RTvolcvVchPvol((qiTvolcvm˙i)Qwall)dPvoldt=PvolTvoldTvoldt+RTvolVchm˙i

Блок использует это уравнение в специфичной для объема энтальпии.

hvol=cpTvol

Уравнения используют эти переменные.

m˙i

Массовая скорость потока жидкости в порте

qi

Уровень теплового потока в порте

Vch

Поместите в камеру объем

Pvol

Абсолютное давление в емкости

R

Идеальная газовая константа

cv

Удельная теплоемкость в постоянном объеме

Tvol

Абсолютная температура газа

Qwall

Стенной уровень теплопередачи

hvol

Специфичная для объема энтальпия

cp

Удельная теплоемкость

Массовые части

Блок Control Volume Source является частью сети потока. Блоки в сети определяют массовые части, которые блок отследит в процессе моделирования. Блок может отследить эти массовые части:

  • O2 — Кислород

  • N2 — Азот

  • UnburnedFuel — Незаписанное топливо

  • CO2 — Углекислый газ

  • H2O — Вода

  • CO — Угарный газ

  • NO — Азотная окись

  • NO2 — Диоксид азота

  • PM — Твердые примеси в атмосфере

  • Air — Воздух

  • BurnedGas — Отработавший газ

Используя сохранение массы для каждой газовой составляющей, это уравнение определяет изменение уровня:

dyvol,jdt=RTvolPvolVch(m˙iyi,j+yvol,jm˙i)

Уравнения используют эти переменные.

Vch

Поместите в камеру объем

Pvol

Абсолютное давление в емкости

R

Идеальная газовая константа

Tvol

Абсолютная температура газа

yi,j

Часть массы порта I-th для j = O2, N2, незаписанное топливо, CO2, H2O, CO, нет, NO2, PM, воздух и отработавший газ

yvol,j

Управляйте частью массы объема для j = O2, N2, незаписанное топливо, CO2, H2O, CO, нет, NO2, PM, воздух и отработавший газ

m˙i

Массовая скорость потока жидкости, поскольку i = O2, N2, незаписанное топливо, CO2, H2O, CO, нет, NO2, PM, воздух и отработавший газ

Внешняя стенная модель теплопередачи конвекции

Чтобы вычислить теплопередачу, можно сконфигурировать блок Control Volume Source, чтобы вычислить теплопередачу через стену объема управления.

Блок реализует эти уравнения, чтобы вычислить теплопередачу, Q1, от газа объема внутреннего контроля до внутренней глубины стенки, Dint_cond.

Q1=Q1,conv=Q1,cond

Q1,conv=hint(xint)Aint_conv(Tint_gasTw_int)

Q1,cond=kintAint_condDint_cond(Tw_intTmass)

Блок реализует эти уравнения, чтобы вычислить теплопередачу, Q2, от внешней глубины стенки, Dext_cond к внешнему газу.

Q2=Q2,conv=hext(xext)Aext_conv(Tw_extText_gas)

Q2,cond=kextAext_condDext_cond(TmassTw_ext)

Это уравнение выражает тепло, аккумулировавшее в количестве тепла.

dTmassdt=Q1Q2cpwallmwall

Блок определяет внутренний коэффициент теплопередачи конвекции с помощью интерполяционной таблицы, которая является функцией средней массовой скорости потока жидкости.

m˙int_gas=12|m˙i|

Уравнения используют эти переменные.

Q1

Тепловой поток от внутреннего газа до заданной глубины стенки

Q1,conv

Конвекция теплового потока от внутреннего газа до внутренней стены

Q1,cond

Уровень теплопередачи проводимости

Q2

Уровень теплопередачи

Q2,conv

Теплопередача конвекции

Q2,cond

Проводимость теплового потока от внешнего среднего фрагмента стены к внешней стене

Qmass

Тепло аккумулируется в количестве тепла

hint

Внутренний коэффициент теплопередачи конвекции

xint

Внутренние массовые точки останова скорости потока жидкости

Aint_conv

Внутренняя область конвекции потока

Tint_gas

Температура газа в емкости

Tw_int

Температура внутренней стены емкости

kint

Внутренняя стенная теплопроводность

Aint_cond

Внутренняя область проводимости

Dint_cond

Внутренняя толщина стенок

hext

Внешний коэффициент теплопередачи конвекции

xext

Внешние точки останова скорости

Aext_conv

Внешняя область конвекции

Text_gas

Внешняя температура газа

Tw_ext

Температура внешней стены емкости

kext

Внешняя стенная теплопроводность

Aext_cond

Внешняя область проводимости

Dext_cond

Внешняя толщина стенок

Tmass

Температура количества тепла

cp_wall

Стенная теплоемкость

mwall

Количество тепла

Flwspd

Внешняя скорость потока

m˙int_gas

Средняя внутренняя массовая скорость потока жидкости

Учет степени

Для учета степени блок реализует их уравнение на основе количества портов выхода и входа.

Сигнал шины ОписаниеУравнения

PwrInfo

PwrTrnsfrd — Степень передается между блоками

  • Положительные сигналы указывают на поток в блок

  • Отрицательные сигналы указывают, вытекают из блока

PwrHeatFlwi

Порт i тепловой поток

qi

PwrNotTrnsfrd — Степень, пересекающая контур блока, но не переданный

  • Положительные сигналы указывают на вход

  • Отрицательные сигналы указывают на потерю

PwrHeatTrnsfr

Уровень теплопередачи от стены, чтобы управлять объемом

- Qwall

PwrStored — Сохраненный тариф на энергоносители изменения

  • Положительные сигналы указывают на увеличение

  • Отрицательные сигналы указывают на уменьшение

PwrHeatStored

Уровень тепла сохранен в объеме управления

((qi)Qwall)

Например, если вы конфигурируете свой блок с 3 входными портами и 2 портами выхода, блок реализует эти уравнения

Сигнал шины ОписаниеУравнения

PwrInfo

PwrTrnsfrd — Степень передается между блоками

  • Положительные сигналы указывают на поток в блок

  • Отрицательные сигналы указывают, вытекают из блока

PwrHeatFlw1

Вставьте порт 1 тепловой поток

q1

PwrHeatFlw2

Вставьте порт 2 тепловых потока

q2

PwrHeatFlw3

Вставьте порт 3 тепловых потока

q3

PwrHeatFlw4

Порт Outlet 4 тепловых потока

q4

PwrHeatFlw5

Порт Outlet 5 тепловых потоков

q5

PwrNotTrnsfrd — Степень, пересекающая контур блока, но не переданный

  • Положительные сигналы указывают на вход

  • Отрицательные сигналы указывают на потерю

PwrHeatTrnsfr

Уровень теплопередачи от стены, чтобы управлять объемом

- Qwall

PwrStored — Сохраненный тариф на энергоносители изменения

  • Положительные сигналы указывают на увеличение

  • Отрицательные сигналы указывают на уменьшение

PwrHeatStored

Уровень тепла сохранен в объеме управления

((qi)Qwall)

Порты

Входной параметр

развернуть все

Соедините шиной содержащий:

  • MassFlw — Массовая скорость потока жидкости через вход, в kg/s

  • HeatFlw — Вставьте уровень теплового потока в J/s

  • MassFrac — Вставьте массовые части, безразмерные.

    А именно, шина с этими массовыми частями:

    • O2MassFrac — Кислород

    • N2MassFrac — Азот

    • UnbrndFuelMassFrac — Незаписанное топливо

    • CO2MassFrac — Углекислый газ

    • H2OMassFrac — Вода

    • COMassFrac — Угарный газ

    • NOMassFrac — Азотная окись

    • NO2MassFrac — Диоксид азота

    • NOxMassFrac — Азотный диоксид окиси и азота

    • PmMassFrac — Твердые примеси в атмосфере

    • AirMassFrac — Воздух

    • BrndGasMassFrac — Отработавший газ

Зависимости

Чтобы создать входные порты, задайте параметр Number of inlet ports.

Внешний вход теплопередачи, чтобы управлять объемом, qhe, в Kg/s.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите External input для параметра Heat transfer model.

Внешняя скорость потока, Flwspd, в m/s.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите External wall convection для параметра Heat transfer model.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите External wall convection для параметра Heat transfer model.

Вывод

развернуть все

Сигнал шины, содержащий эти вычисления блока.

СигналОписаниеМодули

Vol

Prs

Давление объема

Па

Temp

Температура объема

K

Enth

Объем определенная энтальпия

J/kg

Species

O2MassFrac

Кислородная часть массы

Нет данных

N2MassFrac

Часть массы азота

Нет данных

UnbrndFuelMassFrac

Незаписанная газовая массовая часть

Нет данных

CO2MassFrac

Часть массы углекислого газа

Нет данных

H2OMassFrac

Часть водной массы

Нет данных

COMassFrac

Часть массы угарного газа

Нет данных

NOMassFrac

Азотная окисная массовая часть

Нет данных

NO2MassFrac

Часть массы диоксида азота

Нет данных

NOxMassFrac

Азотная часть массы диоксида окиси и азота

Нет данных

PmMassFrac

Часть массы твердых примесей в атмосфере

Нет данных

AirMassFrac

Часть массы воздуха

Нет данных

BrndGasMassFrac

Записанная газовая массовая часть

Нет данных

HeatTrnsfr

HeatTrnsfrRate

Стенной уровень теплопередачи

J/s

MassFlw

Средняя внутренняя массовая скорость потока жидкости

kg/s

IntrnTemp

Температура газа в емкости

K

PwrInfo

PwrTrnsfrd

PwrHeatFlwi

Порт i тепловой поток

W

PwrNotTrnsfrd

PwrHeatTrnsfr

Уровень теплопередачи от стены, чтобы управлять объемом

W

PwrStored

PwrHeatStored

Уровень тепла сохранен в объеме управления

W

Соедините шиной содержащий объем управления выходом:

  • Prs — Поместите в камеру давление в Па

  • Temp — Температура газа, в K

  • Enth — Определенная энтальпия, в J/kg

  • MassFrac — Массовые части, безразмерные.

    А именно, шина с этими массовыми частями:

    • O2MassFrac — Кислород

    • N2MassFrac — Азот

    • UnbrndFuelMassFrac — Незаписанное топливо

    • CO2MassFrac — Углекислый газ

    • H2OMassFrac — Вода

    • COMassFrac — Угарный газ

    • NOMassFrac — Азотная окись

    • NO2MassFrac — Диоксид азота

    • NOxMassFrac — Азотный диоксид окиси и азота

    • PmMassFrac — Твердые примеси в атмосфере

    • AirMassFrac — Воздух

    • BrndGasMassFrac — Отработавший газ

Зависимости

Чтобы создать порты выхода, задайте параметр Number of outlet ports.

Параметры

развернуть все

Блокируйте опции

Количество входных портов.

Зависимости

Чтобы создать входные порты, задайте номер.

Количество портов выхода.

Зависимости

Чтобы создать порты выхода, задайте номер.

Зависимости

Выбор Constant или External wall convection включает параметры Heat Transfer.

Выберите цвет для значка блока:

  • Cold для синего

  • Hot для красного

Общий

Поместите в камеру объем, Vch, в м^3.

Начальное давление емкости, Pvol, в Па.

Начальная температура емкости, Tvol, в K.

Идеальная газовая константа, R, в J / (kg*K).

Удельная теплоемкость, cp, в J / (kg · K.

Теплопередача

Постоянный уровень теплопередачи, qhe, в J/s.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите Constant для параметра Heat transfer model.

Внешний коэффициент теплопередачи конвекции, hext, в W / (m^2K).

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите External wall convection для параметра Heat transfer model.

Внешние точки останова скорости, xext, в m/s.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите External wall convection для параметра Heat transfer model.

Внешняя область конвекции, Aext_conv, в м^2.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите External wall convection для параметра Heat transfer model.

Количество тепла, mwall, в kg.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите External wall convection для параметра Heat transfer model.

Стенная теплоемкость, cp_wall, в J / (kg · K.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите External wall convection для параметра Heat transfer model.

Начальная массовая температура, Tmass, в K.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите External wall convection для параметра Heat transfer model.

Внешняя толщина стенок, Dext_cond, в m.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите External wall convection для параметра Heat transfer model.

Внешняя область проводимости, Aext_cond, в м^2.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите External wall convection для параметра Heat transfer model.

Внешняя стенная теплопроводность, kext, в W / (m · K.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите External wall convection для параметра Heat transfer model.

Внутренняя толщина стенок, Dint_cond, в m.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите External wall convection для параметра Heat transfer model.

Внутренняя область проводимости, Aint_cond, в м^2.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите External wall convection для параметра Heat transfer model.

Внутренняя стенная теплопроводность, kint, в W / (m · K.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите External wall convection для параметра Heat transfer model.

Внутренний коэффициент теплопередачи конвекции, hint, в W / (m^2K).

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите External wall convection для параметра Heat transfer model.

Внутренние точки останова скорости, xint, в kg/s.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите External wall convection для параметра Heat transfer model.

Внутренняя область конвекции, Aint_conv, в м^2.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите External wall convection для параметра Heat transfer model.

Ссылки

[1] Хейвуд, основные принципы двигателя внутреннего сгорания Джона Б. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1988.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Введенный в R2017a

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте