Бак с жидкостью и объемами пара переменной пропорции
Simscape / Жидкости / Двухфазная Жидкость / Tanks & Accumulators
Блок Receiver-Accumulator (2P) моделирует бак 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.
Баки 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 баке, поток из этих портов будет всегда содержать чистую 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 баке, поток из этих портов будет всегда содержать чистый пар.
Жидкость может обмениваться теплом со стенкой резервуара — например, чтобы управлять фазовым переходом. Тепловое граничное условие в стенке установлено портом H. Количество тепла стенки проигнорировано. Можно, однако, получить его эффекты с помощью блока Thermal Mass.
Об уровне жидкости бака сообщают как физический сигнал через порт L.
Бак тверд, который должен сказать, что его суммарный объем фиксируется в процессе моделирования. Когда жидкость и пар внутри могут подвергнуться фазовому переходу, однако, их соответствующие объемы, и поэтому их массы также, будут обычно варьироваться 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 (индекс L
) и массовый расход жидкости в или из той зоны. Знак "минус" указывает на отток. Индексы In
и Out
обозначьте общие массовые расходы жидкости в и из зоны адвекцией. Индексы Con
и Vap
обозначьте массовые обменные курсы из-за конденсации и испарения в интерфейсе жидкого пара.
Аналогично, массовый баланс для зоны пара:
где индекс V
обозначает количество, характерное для зоны пара. Массовые обменные курсы из-за конденсации и испарения следуют из энергетических факторов. Для тех вычислений смотрите Фазовый переход Жидкого Пара.
Жидкость может ввести бак 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 бак, затем его массовая часть жидкости переходит к жидкой зоне и остальным к зоне пара.
Обычно, жидкость может выйти из бака через порты AL и BL только, в то время как пар может вытечь через порты AV и BV только. Массовый расход жидкости из жидкой зоны (адвекцией через порты):
где индексы AL
и BL
обозначьте то, что обычно является жидкими портами. Массовые расходы жидкости через отдельные порты заданы как положительные в бак и как отрицательные из бака. Знак "минус" в выражении отражает то, что общий массовый расход жидкости из жидкой зоны задан как положительный для оттока. Для зоны пара:
где индексы AV
и BV
обозначьте то, что обычно является портами пара. Соглашения знака как описано для жидкой зоны.
Если зона уменьшается, чтобы обнулить, фаза в той зоне эффективно исчезает. Остающаяся фаза, как затем рассматривается, занимает весь бак, и это свободно выйти через любой из портов — включая обычно используемых устраненной фазой. Если только жидкость остается в баке, общий массовый расход жидкости из жидкой зоны становится:
С другой стороны, если только пар остается в баке, общий массовый расход жидкости из зоны пара становится:
Бак обычно не изолируется. Жидкость и пар внутри могут обмениваться теплом со стенкой и, через него, со средой. Уровень теплообмена зависит от теплового граничного условия, заданного в порте H.
Теплообмен, фазовый переход и энергетический поток через порты вместе составляют накопление определенной внутренней энергии в баке. 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 описано в Массовом Балансе. Q является уровнем теплообмена между стенкой резервуара и жидкостью в зоне.
Аналогично для объема пара:
Когда фазы могут каждый ввести бак через любой из его портов, так может энергия, которую они несут. Энергия, которую несет жидкая фаза, переходит к жидкой зоне. Энергия, которую несет фаза пара, входит в зону пара. Если двухфазная смесь вводит бак, его энергетическое содержимое разделено между зонами: часть, которую несет жидкая фаза, входит в жидкую зону и остаток в зону пара.
Когда жидкость или пар 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 уменьшается, чтобы обнулить, то остающаяся фаза, как рассматривается, занимает бак в целом. Энергия той фазы затем свободна выйти через любой из портов, даже обычно используемые устраненной фазой. Только с жидкостью в баке:
С только испаряются в баке:
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 постоянной времени фазового перехода. Если определенная энтальпия ниже степени насыщения, зона ничего не теряет. Выраженный как кусочно-линейная функция:
где M L является общей массой в жидкой зоне, и τ является параметрами блоков Vaporization and condensation time constant. Индекс 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 индекс V,Sat
обозначает степень насыщения для фазы пара.
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 постоянной времени 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 кусочно-линейная 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:
Теплообмен между жидкостью и стенкой принят, чтобы быть конвективной природы. Его общий уровень вычисляется здесь как сумма отдельных уровней между жидкой зоной и ее разделом стенки и, аналогично, между зоной пара и ее разделом стенки:
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 бака, поднятого жидкой зоной. Продукт этой части с площадью поверхности стенки дает площадь поверхности, доступную для теплообмена между жидкостью и стенкой резервуара.
S W является поверхностью, доступной для теплообмена — это между стенкой бака 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 описано для жидкой зоны, но с индексом V
обозначение значения в зоне пара. Первый срок в круглых скобках является частью объема, поднятой зоной пара. Соответствие между объемом и массовыми частями жидкой зоны:
где f M,L
массовая часть жидкой зоны, и ν является определенным объемом фазы, обозначенной в индексе (L
для жидкости, V
для пара).
Сопротивление потока из-за трения проигнорировано. Давление является поэтому постоянным в баке — и через жидкость и через зоны пара — и в каждом из портов:
где P является давлением в местоположении, обозначенном индексом. I
обозначает внутреннюю часть бака.
Давление должно остаться ниже критического давления.
Контейнерная стенка совершенно тверда, поэтому суммарный объем жидкости является постоянным.
Сопротивление потока посредством выходов не моделируется. К падению давления модели, сопоставленному с выходами, соедините блок Local Restriction (2P) или блок Flow Resistance (2P) к портам блока Receiver-Accumulator (2P).
2-Port Constant Volume Chamber (2P) | 3-Port Constant Volume Chamber (2P) | 3-Zone Pipe (2P) | Constant Volume Chamber (2P)