Local Restriction (MA)

Ограничение в площади потока в сырой воздушной сети

Библиотека:
Simscape / Библиотека Основы / Сырой Воздух / Элементы

Описание

Блок Local Restriction (MA) моделирует перепад давления из-за локализованного сокращения площади потока, такой как клапан или отверстие, в сырой воздушной сети. Дросселирование появляется, когда ограничение достигает звукового условия.

Порты A и B представляют вход ограничения и выход. Входной физический сигнал в порте AR определяет площадь ограничения. В качестве альтернативы можно определить фиксированную площадь ограничения как параметры блоков.

Значок блока изменяется в зависимости от значения параметра Restriction type.

Тип ограничения Блокируйте значок

Тип ограничения	Блокируйте значок
`Variable`
`Fixed`

Variable

Fixed

Ограничение является адиабатой. Это не обменивается теплом со средой.

Ограничение состоит из сокращения, сопровождаемого внезапным расширением в площади потока. Сырой воздух ускоряется во время сокращения, заставляя давление понизиться. Сырой воздух отделяется от стенки во время внезапного расширения, заставляя давление восстановиться только частично из-за потери импульса.

Локальное схематичное ограничение

Внимание

Сырой воздушный поток через этот блок может дросселировать. Если блок Mass Flow Rate Source (MA) или блок Controlled Mass Flow Rate Source (MA), соединенный с блоком Local Restriction (MA), задают больший массовый расход жидкости, чем возможный дросселируемый массовый расход жидкости, симуляция генерирует ошибку. Для получения дополнительной информации смотрите Дросселируемый Поток.

Уравнения блока используют эти символы.

$\dot{m}$	Массовый расход жидкости
Φ	Энергетическая скорость потока жидкости
p	Давление
ρ	Плотность
R	Определенная газовая константа
S	Площадь поперечного сечения
CD	Коэффициент расхода
h	Определенная энтальпия
c _p	Удельная теплоемкость при постоянном давлении
T	Температура

Индексы aW, и g укажите на свойства сухого воздуха, водяного пара, и проследите газ, соответственно. Индексы lam и tur укажите на ламинарный и турбулентный режим, соответственно. Индексы A и B укажите на соответствующий порт. Индекс R указывает на ограничение.

Баланс массы:

$\begin{array}{l} {\dot{m}}_{A} + {\dot{m}}_{B} = 0 \\ {\dot{m}}_{w A} + {\dot{m}}_{w B} = 0 \\ {\dot{m}}_{g A} + {\dot{m}}_{g B} = 0 \end{array}$

Энергетический баланс:

$Φ_{A} + Φ_{B} = 0$

Когда поток не дросселируется, массовый расход жидкости смеси (положительный от порта A до порта B) в турбулентном режиме

$\begin{array}{l} {\dot{m}}_{t u r} = C_{d} S_{R} (p_{A} - p_{B}) \sqrt{\frac{2 ρ_{R}}{| p_{A} - p_{B} | K_{t u r}}} \\ K_{t u r} = (1 + \frac{S_{R}}{S}) (1 - \frac{ρ_{R}}{ρ_{i n}} \frac{S_{R}}{S}) - 2 \frac{S_{R}}{S} (1 - \frac{ρ_{R}}{ρ_{o u t}} \frac{S_{R}}{S}) \end{array}$

Индексы in и out укажите на вход и выход, соответственно. Если p ≥ p _B, вход является портом A, и выход является портом B; в противном случае они инвертируются. Площадь поперечного сечения S принята, чтобы быть равной в портах A и B. S _R является областью в ограничении.

Уравнение массового расхода жидкости смеси выведено путем объединения уравнений от двух исследований объема управления:

Баланс импульса для сокращения площади потока от входа до ограничения
Баланс импульса для внезапного расширения площади потока от ограничения до выхода

В анализе для сокращения площади потока, давления p _в действиях на области во входе, S и давлении p _R действует на область в ограничении, S _R. Давление, действующее на область вне ограничения, S − S _R, принято, чтобы быть (p _inS + p _RSR) / (S + S _R).

В анализе для расширения площади потока давление, действующее и на область в ограничении, S _R, и на область вне ограничения, S − S _R, принято, чтобы быть p _R из-за разделения потока от ограничения. Давление, действующее на область при выходе, S, равно p.

Массовый расход жидкости смеси (положительный от порта A до порта B) в ламинарном режиме линеаризуется относительно перепада давлений:

${\dot{m}}_{l a m} = C_{d} S_{R} (p_{A} - p_{B}) \sqrt{\frac{2 ρ_{R}}{Δ p_{t h r e s h o l d} {(1 - \frac{S_{R}}{S})}^{2}}}$

где порог для перехода между ламинарным и турбулентным режимом задан на основе отношения давления ламинарного течения, _{бегства} B, как

$Δ p_{t h r e s h o l d} = (\frac{p_{A} + p_{B}}{2}) (1 - B_{l a m})$

Когда $| p_{A} - p_{B} | \geq Δ p_{t h r e s h o l d}$ , поток принят турбулентным и поэтому ${\dot{m}}_{u n c h o k e d} = {\dot{m}}_{t u r}$ .

Когда $| p_{A} - p_{B} | < Δ p_{t h r e s h o l d}$ , ${\dot{m}}_{u n c h o k e d}$ гладко переходы к ${\dot{m}}_{l a m}$ .

Когда поток дросселируется, скорость в ограничении равна скорости звука и не может увеличиться дальше. Принятие потока дросселируется, массовый расход жидкости смеси

${\dot{m}}_{c h o k e d} = C_{d} S_{R} p_{R} \sqrt{\frac{γ_{R}}{R T_{R}}}$

где $γ_{R} = c_{p R} / (c_{p R} - R)$ . Поэтому фактический массовый расход жидкости смеси равен ${\dot{m}}_{u n c h o k e d}$ , но ограничивается в величине ${\dot{m}}_{c h o k e d}$ :

${\dot{m}}_{A} = {\begin{array}{l} - {\dot{m}}_{c h o k e d}, & если {\dot{m}}_{u n c h o k e d} \leq - {\dot{m}}_{c h o k e d} \\ {\dot{m}}_{u n c h o k e d}, & если - {\dot{m}}_{c h o k e d} < {\dot{m}}_{u n c h o k e d} < {\dot{m}}_{c h o k e d} \\ {\dot{m}}_{c h o k e d}, & если {\dot{m}}_{u n c h o k e d} \geq {\dot{m}}_{c h o k e d} \end{array}$

Выражение при давлении в ограничении получено путем рассмотрения баланса импульса для сокращения площади потока от входа до ограничения только. В турбулентном режиме это

$p_{R t u r} = p_{i n} - \frac{1}{2 ρ_{R}} {(\frac{{\dot{m}}_{A}}{C_{d} S_{R}})}^{2} (1 + \frac{S_{R}}{S}) (1 - \frac{ρ_{R}}{ρ_{i n}} \frac{S_{R}}{S})$

В ламинарном режиме давление в ограничении принято, чтобы быть

$p_{R l a m} = \frac{p_{A} + p_{B}}{2}$

Подобно массовому расходу жидкости смеси, когда $| p_{A} - p_{B} | \geq Δ p_{t h r e s h o l d}$ , поток принят турбулентным и поэтому p _R = p _Rtur. Когда $| p_{A} - p_{B} | < Δ p_{t h r e s h o l d}$ , p _R гладко переходы к p _Rlam.

Локальное ограничение принято адиабата, таким образом, смесь определенные общие энтальпии равна. Поэтому изменения в смеси определенные энтальпии:

$\begin{array}{l} h_{A} - h_{R} = (\frac{1}{ρ_{R}^{2} S_{R}^{2}} - \frac{1}{ρ_{A}^{2} S^{2}}) \frac{{\dot{m}}_{A}^{2}}{2 C_{D}^{2}} \\ h_{B} - h_{R} = (\frac{1}{ρ_{R}^{2} S_{R}^{2}} - \frac{1}{ρ_{B}^{2} S^{2}}) \frac{{\dot{m}}_{B}^{2}}{2 C_{D}^{2}} \end{array}$

Допущения и ограничения

Ограничение является адиабатой. Это не обменивается теплом со средой.
Этот блок не моделирует сверхзвуковой поток.

Порты

Входной параметр

развернуть все

`AR` — Управляющий сигнал области Restriction, м^2
физический сигнал

Введите физический сигнал, который управляет областью ограничения воздушного потока. Сигнал насыщает, когда его значение находится вне минимальных и максимальных пределов области ограничения, заданных параметрами блоков.

Зависимости

Этот порт отображается, только если вы устанавливаете параметр Restriction type на Variable.

Сохранение

развернуть все

`A` — Вставьте или выход
сырой воздух

Сырой воздушный порт сохранения сопоставлен с входом или выходом локального ограничения. Этот блок не имеет никакой внутренней направленности.

`B` — Вставьте или выход
сырой воздух

Параметры

развернуть все

`Restriction type` — Задайте, может ли область ограничения измениться в процессе моделирования
`Variable` (значение по умолчанию) | `Fixed`

Выберите, может ли область ограничения измениться в процессе моделирования:

Variable — Входной физический сигнал в порте AR определяет площадь ограничения, которая может варьироваться в процессе моделирования. Minimum restriction area и параметры Maximum restriction area задают нижние и верхние границы для области ограничения.
Fixed — Площадь ограничения, определенная значением параметров блоков Restriction area, остается постоянной в процессе моделирования. Порт AR скрыт.

`Minimum restriction area` — Нижняя граница для площади поперечного сечения ограничения
`1e-10 m^2` (значение по умолчанию)

Нижняя граница для площади поперечного сечения ограничения. Можно использовать этот параметр, чтобы представлять область утечки. Входной сигнал AR насыщает в этом значении, чтобы препятствовать тому, чтобы область ограничения уменьшилась дальше.

Зависимости

Enabled, когда параметр Restriction type устанавливается на Variable.

`Maximum restriction area` — Верхняя граница для площади поперечного сечения ограничения
`0.005 m^2` (значение по умолчанию)

Верхняя граница для площади поперечного сечения ограничения. Входной сигнал AR насыщает в этом значении, чтобы препятствовать тому, чтобы область ограничения увеличилась дальше.

Зависимости

Enabled, когда параметр Restriction type устанавливается на Variable.

`Restriction area` — Область, нормальная, чтобы течь путь в ограничении
`1e-3 m^2` (значение по умолчанию)

Область, нормальная, чтобы течь путь в ограничении.

Зависимости

Enabled, когда параметр Restriction type устанавливается на Fixed.

`Cross-sectional area at ports A and B` — Область, нормальная, чтобы течь путь в портах
`0.01 m^2` (значение по умолчанию)

Область, нормальная, чтобы течь путь в портах A и B. Эта область принята, чтобы быть тем же самым для этих двух портов.

`Discharge coefficient` — Отношение фактического массового расхода жидкости к теоретическому массовому расходу жидкости через ограничение
0.64 (значение по умолчанию)

Отношение фактического массового расхода жидкости к теоретическому массовому расходу жидкости через ограничение. Коэффициент расхода является эмпирическим параметром, который составляет неидеальные эффекты.

`Laminar flow pressure ratio` — Отношение давления, в который переходы воздушного потока между ламинарными и турбулентными режимами
0.999 (значение по умолчанию)

Отношение давления, в который сырые переходы воздушного потока между ламинарными и турбулентными режимами. Падение давления линейно относительно массового расхода жидкости в ламинарном режиме и квадратично относительно массового расхода жидкости в турбулентном режиме.

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.

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.

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 демпфирования становится прокси для дыхательного сопротивления.

Пневматический привод с влажностью

Как Библиотекой Основы Simscape™ сырые воздушные компоненты можно пользоваться, чтобы смоделировать пневматический привод, действующий во влажной среде. Распределительный клапан является подсистемой, состоявшей из четырех Переменных Локальных Ограничений (MA) блоки, и Привод Двойного действия является подсистемой, состоявшей из двух Поступательных Механических Конвертеров (MA) блоки в противоположной механической ориентации.

Документация

Local Restriction (MA)