Constant Volume Chamber (MA)

Поместите в камеру с фиксированным объемом сырого воздуха и переменным количеством портов

Библиотека:
Simscape / Библиотека Основы / Сырой Воздух / Элементы

Описание

Массовое хранение моделей блока Constant Volume Chamber (MA) и аккумулирование энергии в сырой воздушной сети. Емкость содержит постоянный объем сырого воздуха. Это может иметь между одним и четырьмя входами. Корпус может обмениваться массой и энергией со связанным сырым воздухом сетевое и обменное тепло со средой, позволяя ее внутреннему давлению и температуре развиваться в зависимости от времени. Давление и температура развивается на основе сжимаемости и тепловой способности сырого воздушного объема. Жидкая вода уплотняет из сырого воздушного объема, когда это достигает насыщения.

Уравнения блока используют эти символы. Индексы aW, и g укажите на свойства сухого воздуха, водяного пара, и проследите газ, соответственно. Нижний ws указывает на водяной пар в насыщении. Индексы ABCDH, и S укажите 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 емкости
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 емкости

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

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 емкости, или соответствующими значениями параметров на вкладке Moisture and Trace Gas.

Если порт не отображается, то условия с индексом, соответствующим имени порта, 0.

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 емкости:

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

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 параметра 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 переменных в блоках 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 Переменных в блоках и Начальные условия для Блоков с Конечным Сырым Воздушным Объемом.

Предположения и ограничения

Стены емкости совершенно тверды.
Сопротивление потока между входом емкости и сырым воздушным объемом не моделируется. Соедините блок Local Restriction (MA) или блок Flow Resistance (MA) к порту A, чтобы смоделировать падение давления, сопоставленное с входом.
Тепловое сопротивление между портом H и сырым воздушным объемом не моделируется. Используйте Тепловые библиотечные блоки, чтобы смоделировать тепловые сопротивления между сырой воздушной смесью и средой, включая любые термальные эффекты стены емкости.

Порты

Вывод

развернуть все

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

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

`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 Па), 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` — Емкость вставляется
сырой воздух

Сырой воздушный порт сохранения сопоставлен с входом емкости.

`B` — Емкость вставляется
сырой воздух

Сырой воздушный порт сохранения сопоставлен со вторым входом емкости.

Зависимости

Этот порт отображается, если вы устанавливаете параметр Number of ports на 2, 3, или 4.

`C` — Емкость вставляется
сырой воздух

Сырой воздушный порт сохранения сопоставлен с третьим входом емкости.

Зависимости

Этот порт отображается, если вы устанавливаете параметр Number of ports на 3 или 4.

`D` — Емкость вставляется
сырой воздух

Сырой воздушный порт сохранения сопоставлен с четвертым входом емкости. Если емкость имеет четыре входных порта, можно использовать ее в качестве соединения в перекрестной связи.

Зависимости

Этот порт отображается, только если вы устанавливаете параметр Number of ports на 4.

`H` — Температура в емкости
тепловой

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

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

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

Зависимости

Этот порт отображается, только если вы устанавливаете параметр Moisture and trace gas source на Controlled.

Параметры

развернуть все

Основной

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

Объем сырого воздуха в емкости. Емкость тверда, и поэтому ее объем является постоянным в процессе моделирования. Емкость принята, чтобы быть абсолютно заполненной сырым воздухом в любом случае.

`Number of ports` — Количество входных портов в емкости
1 (значение по умолчанию) | `2`| 3 | 4

Количество входных портов в емкости. Емкость может иметь между одним и четырьмя портами, помеченными от A до D. Когда вы изменяете значение параметров, соответствующие порты осушены или скрыты в значке блока.

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

Площадь поперечного сечения входа емкости в порте A, в направлении, нормальном к пути к воздушному потоку.

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

Площадь поперечного сечения входа емкости в порте B, в направлении, нормальном к пути к воздушному потоку.

Зависимости

Enabled, когда порт B отображается, то есть, когда параметр Number of ports устанавливается на 2, 3, или 4.

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

Площадь поперечного сечения входа емкости в порте C, в направлении, нормальном к пути к воздушному потоку.

Зависимости

Enabled, когда порт C отображается, то есть, когда параметр Number of ports устанавливается на 3 или 4.

`Cross-sectional area at port D` — Область, нормальная, чтобы течь путь во входе емкости
`0.01 m^2` (значение по умолчанию)

Площадь поперечного сечения входа емкости в порте D, в направлении, нормальном к пути к воздушному потоку.

Зависимости

Enabled, когда порт D отображается, то есть, когда параметр Number of ports устанавливается на 4.

Влажность и газ трассировки

`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.

`Moisture and trace gas source` — Влажность модели и уровни газа трассировки
`None` (значение по умолчанию) | `Constant` | `Controlled`

Этот параметр управляет видимостью порта S и предоставляет эти возможности для моделирования влажности и уровней газа трассировки в компоненте:

None — Никакой газ влажности или трассировки введен в или извлечен из блока. Порт S скрыт. Это значение по умолчанию.
Constant — Влажность и газ трассировки введены в или извлечены из блока на постоянном уровне. Те же параметры как в Moisture Source (MA) и блоках Trace Gas Source (MA) становятся доступными в разделе Moisture and Trace Gas интерфейса блока. Порт S скрыт.
Controlled — Влажность и газ трассировки введены в или извлечены из блока на изменяющемся во времени уровне. Порт S осушен. Соедините Controlled Moisture Source (MA) и блоки Controlled Trace Gas Source (MA) к этому порту.

`Moisture added or removed` — Выберите, добавляет ли блок или удаляет влажность как водяной пар или жидкую воду
`Vapor` (значение по умолчанию) | `Liquid`

Выберите, добавляет ли блок или удаляет влажность как водяной пар или жидкую воду:

Vapor — Энтальпия добавленной или удаленной влажности соответствует энтальпии водяного пара, который больше водяного пара жидкой воды.
Liquid — Энтальпия добавленной или удаленной влажности соответствует энтальпии жидкой воды, которая меньше воды водяного пара.

Зависимости

Enabled, когда параметр Moisture and trace gas source устанавливается на Constant.

`Rate of added moisture` — Постоянная массовая скорость потока жидкости через блок
`0 kg/s` (значение по умолчанию)

Скорость потока жидкости массы водяного пара через блок. Положительное значение добавляет влажность в связанный сырой воздушный объем. Отрицательная величина извлекает влажность из того объема.

Зависимости

Enabled, когда параметр Moisture and trace gas source устанавливается на Constant.

`Added moisture temperature specification` — Выберите метод спецификации для температуры добавленной влажности
`Atmospheric temperature` (значение по умолчанию) | `Specified temperature`

Выберите метод спецификации для температуры влажности:

Atmospheric temperature — Используйте атмосферную температуру, заданную блоком Moist Air Properties (MA), соединенным со схемой.
Specified temperature — Задайте значение при помощи параметра Temperature of added moisture.

Зависимости

Enabled, когда параметр Moisture and trace gas source устанавливается на Constant.

`Temperature of added moisture` — Температура влажности
`293.15 K` (значение по умолчанию)

Введите желаемую температуру добавленной влажности. Эта температура остается постоянной в процессе моделирования. Блок использует это значение, чтобы оценить определенную энтальпию добавленной влажности только. Определенная энтальпия удаленной влажности основана на температуре связанного сырого воздушного объема.

Зависимости

Enabled, когда параметр Added moisture temperature specification устанавливается на Specified temperature.

`Rate of added trace gas` — Постоянная массовая скорость потока жидкости через блок
`0 kg/s` (значение по умолчанию)

Проследите газовую массовую скорость потока жидкости через блок. Положительное значение добавляет газ трассировки в связанный сырой воздушный объем. Отрицательная величина извлекает газ трассировки из того объема.

Зависимости

Enabled, когда параметр Moisture and trace gas source устанавливается на Constant.

`Added trace gas temperature specification` — Выберите метод спецификации для температуры добавленного газа трассировки
`Atmospheric temperature` (значение по умолчанию) | `Specified temperature`

Выберите метод спецификации для температуры газа трассировки:

Atmospheric temperature — Используйте атмосферную температуру, заданную блоком Moist Air Properties (MA), соединенным со схемой.
Specified temperature — Задайте значение при помощи параметра Temperature of added trace gas.

Зависимости

Enabled, когда параметр Moisture and trace gas source устанавливается на Constant.

`Temperature of added trace gas` — Проследите температуру газа
`293.15 K` (значение по умолчанию)

Введите желаемую температуру добавленного газа трассировки. Эта температура остается постоянной в процессе моделирования. Блок использует это значение, чтобы оценить определенную энтальпию добавленного газа трассировки только. Определенная энтальпия удаленного газа трассировки основана на температуре связанного сырого воздушного объема.

Зависимости

Enabled, когда параметр Added trace gas temperature specification устанавливается на Specified temperature.

Примеры модели

Система ОВКВ транспортного средства

Модели сырой воздушный поток в нагревании транспортного средства, вентиляции и кондиционировании воздуха (HVAC) система. Каюта транспортного средства 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 обеспечить 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 выходом ACM, чтобы скорректировать температуру. Герметизация обеспечена клапаном оттока в каюте. Эта модель симулирует 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 Поступательным Механическим Конвертером (MA), который преобразует сырое давление воздуха в поступательное движение. Путем установки Интерфейсной площади поперечного сечения на единицу смещение в механической поступательной сети становится прокси для объема, сила становится прокси при давлении, коэффициент упругости становится прокси для дыхательной диэлектрической емкости, и коэффициент затухания становится прокси для дыхательного сопротивления.

Открытая модель

Документация

Constant Volume Chamber (MA)

Описание

Переменные

Предположения и ограничения

Порты

Вывод

W — Уровень измерения конденсации, kg/s физический сигнал

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

Сохранение

A — Емкость вставляется сырой воздух

B — Емкость вставляется сырой воздух

Зависимости

C — Емкость вставляется сырой воздух

Зависимости

D — Емкость вставляется сырой воздух

Зависимости

H — Температура в емкости тепловой

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

Зависимости

Параметры

Основной

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

Number of ports — Количество входных портов в емкости1 (значение по умолчанию) | 2| 3 | 4

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

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

Зависимости

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

Зависимости

Cross-sectional area at port D — Область, нормальная, чтобы течь путь во входе емкости 0.01 m^2 (значение по умолчанию)

Зависимости

Влажность и газ трассировки

Relative humidity at saturation — Относительная влажность, выше которой происходит конденсация1 (значение по умолчанию)

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

Moisture and trace gas source — Влажность модели и уровни газа трассировки None (значение по умолчанию) | Constant | Controlled

Moisture added or removed — Выберите, добавляет ли блок или удаляет влажность как водяной пар или жидкую воду Vapor (значение по умолчанию) | Liquid

Зависимости

Rate of added moisture — Постоянная массовая скорость потока жидкости через блок 0 kg/s (значение по умолчанию)

Зависимости

Added moisture temperature specification — Выберите метод спецификации для температуры добавленной влажности Atmospheric temperature (значение по умолчанию) | Specified temperature

Зависимости

Temperature of added moisture — Температура влажности 293.15 K (значение по умолчанию)

Зависимости

Rate of added trace gas — Постоянная массовая скорость потока жидкости через блок 0 kg/s (значение по умолчанию)

Зависимости

Added trace gas temperature specification — Выберите метод спецификации для температуры добавленного газа трассировки Atmospheric temperature (значение по умолчанию) | Specified temperature

Зависимости

Temperature of added trace gas — Проследите температуру газа 293.15 K (значение по умолчанию)

Зависимости

Примеры модели

Система ОВКВ транспортного средства

Система контроля за состоянием окружающей среды самолета

Медицинский вентилятор с моделью легкого

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Темы

Введенный в R2018a

Документация Simscape

Поддержка

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

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

`A` — Емкость вставляется
сырой воздух

`B` — Емкость вставляется
сырой воздух

`C` — Емкость вставляется
сырой воздух

`D` — Емкость вставляется
сырой воздух

`H` — Температура в емкости
тепловой

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

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

`Number of ports` — Количество входных портов в емкости
1 (значение по умолчанию) | `2`| 3 | 4

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

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

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

`Cross-sectional area at port D` — Область, нормальная, чтобы течь путь во входе емкости
`0.01 m^2` (значение по умолчанию)

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

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

`Moisture and trace gas source` — Влажность модели и уровни газа трассировки
`None` (значение по умолчанию) | `Constant` | `Controlled`

`Moisture added or removed` — Выберите, добавляет ли блок или удаляет влажность как водяной пар или жидкую воду
`Vapor` (значение по умолчанию) | `Liquid`

`Rate of added moisture` — Постоянная массовая скорость потока жидкости через блок
`0 kg/s` (значение по умолчанию)

`Added moisture temperature specification` — Выберите метод спецификации для температуры добавленной влажности
`Atmospheric temperature` (значение по умолчанию) | `Specified temperature`

`Temperature of added moisture` — Температура влажности
`293.15 K` (значение по умолчанию)

`Rate of added trace gas` — Постоянная массовая скорость потока жидкости через блок
`0 kg/s` (значение по умолчанию)

`Added trace gas temperature specification` — Выберите метод спецификации для температуры добавленного газа трассировки
`Atmospheric temperature` (значение по умолчанию) | `Specified temperature`

`Temperature of added trace gas` — Проследите температуру газа
`293.15 K` (значение по умолчанию)

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