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.

$\begin{array}{l} \frac{d T_{v o l}}{d t} = \frac{R T_{v o l}}{c_{v} V_{c h} P_{v o l}} (\sum (q_{i} - T_{v o l} c_{v} {\dot{m}}_{i}) - Q_{w a l l}) \\ \frac{d P_{v o l}}{d t} = \frac{P_{v o l}}{T_{v o l}} \frac{d T_{v o l}}{d t} + \frac{R T_{v o l}}{V_{c h}} \sum {\dot{m}}_{i} \end{array}$

Блок использует это уравнение в специфичной для объема энтальпии.

$h_{v o l} = c_{p} T_{v o l}$

Уравнения используют эти переменные.

${\dot{m}}_{i}$	Массовый расход 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:

$\frac{d y_{v o l, j}}{d t} = \frac{R T_{v o l}}{P_{v o l} V_{c h}} (\sum {\dot{m}}_{i} y_{i, j} + y_{v o l, j} \sum {\dot{m}}_{i})$

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
${\dot{m}}_{i}$	Массовый расход 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 стенку объема управления.

Блок реализует эти уравнения, чтобы вычислить теплопередачу, _Q1, от газа объема внутреннего контроля до внутренней глубины стенки, _{Dint_cond}.

$Q_{1} = Q_{1, c o n v} = Q_{1, c o n d}$

$Q_{1, c o n v} = h_{i n t} (x_{i n t}) • A_{i n t_c o n v} • (T_{i n t_g a s} - T_{w_i n t})$

$Q_{1, c o n d} = k_{i n t} • \frac{A_{i n t_c o n d}}{D_{i n t_c o n d}} • (T_{w_i n t} - T_{m a s s})$

Блок реализует эти уравнения, чтобы вычислить теплопередачу, _Q2, от внешней глубины стенки, _{Dext_cond} к внешнему газу.

$Q_{2} = Q_{2, c o n v} = h_{e x t} (x_{e x t}) • A_{e x t_c o n v} • (T_{w_e x t} - T_{e x t_g a s})$

$Q_{2, c o n d} = k_{e x t} • \frac{A_{e x t_c o n d}}{D_{e x t_c o n d}} • (T_{m a s s} - T_{w_e x t})$

Это уравнение выражает тепло, аккумулировавшее в количестве тепла.

$\frac{d T_{m a s s}}{d t} = \frac{Q_{1} - Q_{2}}{c_{p_{w a l l}} m_{w a l l}}$

Блок определяет внутренний коэффициент теплопередачи конвекции с помощью интерполяционной таблицы, которая является функцией среднего массового расхода жидкости.

${\dot{m}}_{i n t_g a s} = \frac{1}{2} \sum | {\dot{m}}_{i} |$

Уравнения используют эти переменные.

_Q1	Тепловой поток от внутреннего газа до заданной глубины стенки
_Q1,conv	Конвекция теплового потока от внутреннего газа до внутренней стенки
_Q1,cond	Уровень теплопередачи проводимости
_Q2	Уровень теплопередачи
_Q2,conv	Теплопередача конвекции
_Q2,cond	Проводимость теплового потока от внешнего среднего фрагмента стенки к внешней стенке
_Qmass	Тепло аккумулируется в количестве тепла
_hint	Внутренний коэффициент теплопередачи конвекции
_xint	Внутренние точки останова массового расхода жидкости
_{Aint_conv}	Внутренняя область конвекции потока
_{Tint_gas}	Температура газа в емкости
_{Tw_int}	Температура внутренней стенки 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 стенки 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
${\dot{m}}_{i n t_g a s}$	Средний внутренний массовый расход жидкости

Учет степени

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

Сигнал шины Описание Уравнения

Сигнал шины	Описание	Уравнения
`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 стенки, 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	$(\sum^{} (q_{i}) - Q_{w a l l})$

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 стенки, 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

$(\sum^{} (q_{i}) - Q_{w a l l})$

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

Сигнал шины			Описание	Уравнения
`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 стенки, 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	$(\sum^{} (q_{i}) - Q_{w a l l})$

Порты

Входной параметр

развернуть все

`C` — Вставьте массовый расход жидкости, уровень теплового потока, массовые части
двухсторонний порт коннектора

Соедините шиной содержащий:

MassFlw — Массовый расход 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.

`HeatTrnsfrRate` — Теплопередача
`scalar`

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

Зависимости

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

`ExtnlFlwVel` — Внешняя скорость потока
скаляр

Внешняя скорость потока, _Flwspd, в m/s.

Зависимости

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

`ExtnlTemp` — Температура окружающей среды, K
`scalar`

Зависимости

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

Вывод

развернуть все

`Info` — Сигнал шины
шина

Сигнал шины, содержащий эти вычисления блока.

Сигнал			Описание	Модули
`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`		Средний внутренний массовый расход жидкости	kg/s
	`IntrnTemp`		Температура газа в емкости	K
`PwrInfo`	`PwrTrnsfrd`	`PwrHeatFlwi`	Порт `i` тепловой поток	W
	`PwrNotTrnsfrd`	`PwrHeatTrnsfr`	Уровень теплопередачи от стенки, чтобы управлять объемом	W
	`PwrStored`	`PwrHeatStored`	Уровень тепла сохранен в объеме управления	W

`C` — Давление выхода, температура, энтальпия, массовые части
двухсторонний порт коннектора

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

`Number of inlet ports` — Количество портов
1 (значение по умолчанию) | `0`| 2 | 3 | 4

Количество входных портов.

Зависимости

Чтобы создать входные порты, задайте номер.

`Number of outlet ports` — Количество портов
1 (значение по умолчанию) | `0`| 2 | 3 | 4

Количество портов выхода.

Зависимости

Чтобы создать порты выхода, задайте номер.

`Heat transfer model` — Выберите модель
`Constant` (значение по умолчанию) | `External input` | `External wall convection`

Зависимости

Выбор Constant или External wall convection включает параметры Heat Transfer.

`Image type` — Цвет значка
`Cold` (значение по умолчанию) | `Hot`

Выберите цвет для значка блока:

Cold для синего
Hot для красного

Общий

`Chamber volume, Vch` объем
0.0029 (значение по умолчанию) | `scalar`

Поместите в камеру объем, _Vch, в м^3.

`Initial chamber pressure, Pinit` — Давление
101325 (значение по умолчанию) | `scalar`

Начальное давление емкости, _Pvol, в Па.

`Initial chamber temperature, Tinit` — Температура
298 (значение по умолчанию) | `scalar`

Начальная температура емкости, _Tvol, в K.

`Ideal gas constant, R` — Идеальная газовая константа
287 (значение по умолчанию) | `scalar`

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

`Specific heat capacity, cp` — Удельная теплоемкость
1005 (значение по умолчанию) | `scalar`

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

Теплопередача

`Heat transfer rate, q_he` — Уровень
0 (значение по умолчанию) | `scalar`

Постоянный уровень теплопередачи, _qhe, в J/s.

Зависимости

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