Система управления громкостью

Открытая термодинамическая система постоянного объема с теплопередачей

Библиотека:
Блок силового агрегата/движитель/компоненты двигателя внутреннего сгорания/основной поток

Описание

Блок Control Volume System моделирует термодинамическую систему с открытым постоянным объемом и теплопередачей. Блок использует сохранение массы и энергии, предполагая идеальный газ, для определения давления и температуры. Блок реализует блок пневматической камеры постоянного объема, который включает тепловые эффекты, связанные с подкапотом пассажирских транспортных средств. Можно задать модели теплопередачи:

Постоянный
Внешний вход
Конвекция наружной стенки

Блок «Система управления объемом» можно использовать для представления компонентов двигателя, содержащих объем, включая трубы и коллекторы.

Термодинамика

Блок системы управления объемом реализует камеру постоянного объема, содержащую идеальный газ. Для определения скорости изменения температуры и давления блок использует уравнение непрерывности и первый закон термодинамики.

$\begin{array}{l} \frac{_{}}{dTvoldt} \frac{=_{}}{_{}_{}_{}} RTvolcvVchPvol (_{\sum} (_{}_{} {\overset{}{}}_{}_{qi−Tvolcvm˙i) -} \\ \frac{_{Qwall}}{)} \frac{_{}}{_{}} \frac{_{}}{} \frac{_{}}{_{}} {\overset{}{}}_{} \end{array}$ dPvoldt=PvolTvoldTvoldt+RTvolVch∑m˙i

Блок использует это уравнение для энтальпии, зависящей от объема.

$_{hvol} =_{}_{}$ cpTvol

Уравнения используют эти переменные.

${\overset{}{}}_{m˙i}$	Массовый расход в порту
_qi	Расход тепла в порту
_Vch	Объем камеры
_Pvol	Абсолютное давление в камере
R	Идеальная газовая постоянная
_{условная цена}	Удельное тепло при постоянном объеме
_Tvol	Абсолютная температура газа
_Qwall	Скорость теплопередачи стенки
_hvol	Объёмно-специфическая энтальпия
_CP	Удельная теплоемкость

Массовые доли

Блок источника управляющего объема является частью поточной сети. Блоки в сети определяют массовые доли, которые блок будет отслеживать во время моделирования. Блок может отслеживать эти массовые доли:

O2 - Кислород
N2 - Азот
UnburnedFuel - Несгоревшее топливо
CO2 - Углекислый газ
H2O - Вода
CO - Монооксид углерода
NO - Оксид азота
NO2 - Диоксид азота
PM - Твердые частицы
Air - Воздух
BurnedGas - Сгоревший газ

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

$\frac{_{dyvol,}}{} jdt \frac{=_{}}{_{}_{}} {\overset{}{RTvolPvolVch}}_{(}_{}_{} {\overset{}{}}_{}$ ∑m˙iyi,j+yvol,j∑m˙i)

Уравнения используют эти переменные.

_Vch	Объем камеры
_Pvol	Абсолютное давление в камере
R	Идеальная газовая постоянная
_Tvol	Абсолютная температура газа
_yi, j	Массовая доля I-го порта для j = _O2, _N2, несгоревшего топлива, _CO2, _H2O, CO, NO, _NO2, ТЧ, воздуха и сгоревшего газа
_yvol, j	Регулируемая объемная массовая доля для j = _O2, _N2, несгоревшего топлива, _CO2, _H2O, CO, NO, _NO2, ТЧ, воздуха и сгоревшего газа
${\overset{}{}}_{m˙i}$	Массовый расход для i = O2_, N2_, несгоревшего топлива, CO2_, _H2O, CO, NO, NO2_, ТЧ, воздуха и сгоревшего газа

Модель теплопередачи конвекции внешней стенки

Для расчета теплопередачи можно настроить блок источника управляющего объема для расчета теплопередачи по стенке контрольного объема.

Блок реализует эти уравнения для вычисления теплопередачи, _Q1, от газа внутреннего контрольного объема до глубины внутренней стенки, _{Dint_cond}.

$_{Q1} =_{Q1,}_{conv = Q1}$ , cond

$_{Q1,} conv_{=}_{подсказка (}_{xint) •} Aint__{conv •} (_{}$ Tint_gas−Tw_int)

$_{Q1,} cond_{=} \frac{_{kint • Aint}}{_{_}} condDint_{_} cond_{• (}$ Tw_int−Tmass)

Блок реализует эти уравнения для вычисления теплопередачи, _Q2, от внешней глубины стенки, _{Dext_cond} к внешнему газу.

$_{Q2} =_{Q2,}_{conv =}_{hext} (_{xext) •} {Aext}_{_} {conv}_{• (}$ Tw_ext−Text_gas)

$_{Q2,} cond_{=} \frac{_{kext • Aext}}{_{_}} condDext_{_} {cond}_{• (}$ Tmass − Tw _ ext)

Это уравнение выражает тепло, накопленное в тепловой массе.

$\frac{_{}}{dTmassdt} \frac{=_{} {Q1}_{}}{-_{_{}}_{}}$ Q2cpwallmwall

Блок определяет коэффициент теплопередачи внутренней конвекции с помощью справочной таблицы, которая является функцией среднего массового расхода.

${\overset{}{}}_{} \frac{}{} {\overset{}{}}_{} m˙int_gas=12\sum|m˙i|$

Уравнения используют эти переменные.

_Q1	Тепловой поток от внутреннего газа до заданной глубины стенки
_Q1,conv	Конвекция теплового потока от внутреннего газа к внутренней стенке
_Q1,cond	Теплопередача по проводимости
_Q2	Скорость теплопередачи
_Q2,conv	Конвекционная теплопередача
_Q2,cond	Теплопроводность от внешней средней части стенки к наружной стенке
_Qmass	Тепло, хранящееся в тепловой массе
_намек	Коэффициент теплопередачи внутренней конвекции
_xint	Точки останова внутреннего массового расхода
_{Aint_conv}	Зона конвекции внутреннего потока
_{Tint_gas}	Температура газа внутри камеры
_{Tw_int}	Температура внутренней стенки камеры
_kint	Теплопроводность внутренней стенки
_{Aint_cond}	Зона внутренней проводимости
_{Dint_cond}	Толщина внутренней стенки
_hext	Коэффициент теплопередачи внешней конвекции
_xext	Точки останова внешней скорости
_{Aext_conv}	Зона внешней конвекции
_{Text_gas}	Температура наружного газа
_{Tw_ext}	Температура наружной стенки камеры
_kext	Теплопроводность наружной стенки
_{Aext_cond}	Зона внешней проводимости
_{Dext_cond}	Толщина наружной стенки
_Tmass	Температура тепловой массы
_{cp_wall}	Теплоемкость стен
_mwall	Тепловая масса
_Flwspd	Внешняя скорость потока
${\overset{}{}}_{m˙int_gas}$	Средний внутренний массовый расход

Учет мощности

Для учета мощности блок реализует это уравнение на основе количества входных и выходных портов.

Сигнал шины Описание Уравнения

Сигнал шины	Описание	Уравнения
`PwrInfo`	`PwrTrnsfrd` - Мощность, передаваемая между блоками Положительные сигналы указывают на поток в блок Отрицательные сигналы указывают на выход потока из блока	`PwrHeatFlwi`	Порт `i` тепловой поток	_qi
`PwrNotTrnsfrd` - Мощность, пересекающая границу блока, но не передаваемая Положительные сигналы указывают на вход Отрицательные сигналы указывают на потерю	`PwrHeatTrnsfr`	Скорость теплопередачи от стенки к контрольному объему	- _Qwall
`PwrStored` - Скорость изменения накопленной энергии Положительные сигналы указывают на увеличение Отрицательные сигналы указывают на снижение	`PwrHeatStored`	Расход тепла, хранящегося в контрольном объеме	$(^{∑} (_{} qi)_{-}$ Qwall)

PwrInfo

PwrTrnsfrd - Мощность, передаваемая между блоками

Положительные сигналы указывают на поток в блок
Отрицательные сигналы указывают на выход потока из блока

PwrHeatFlwi

Порт i тепловой поток

_qi

PwrNotTrnsfrd - Мощность, пересекающая границу блока, но не передаваемая

Положительные сигналы указывают на вход
Отрицательные сигналы указывают на потерю

PwrHeatTrnsfr

Скорость теплопередачи от стенки к контрольному объему

- _Qwall

PwrStored - Скорость изменения накопленной энергии

Положительные сигналы указывают на увеличение
Отрицательные сигналы указывают на снижение

PwrHeatStored

Расход тепла, хранящегося в контрольном объеме

$(^{∑} (_{} qi)_{-}$ Qwall)

Например, если настроить блок с 3 входными и 2 выходными портами, блок реализует эти уравнения

Сигнал шины			Описание	Уравнения
`PwrInfo`	`PwrTrnsfrd` - Мощность, передаваемая между блоками Положительные сигналы указывают на поток в блок Отрицательные сигналы указывают на выход потока из блока	`PwrHeatFlw1`	Входной порт 1 тепловой поток	_q1
		`PwrHeatFlw2`	Входной порт 2, поток тепла	_q2
		`PwrHeatFlw3`	Входной порт 3 тепловой поток	_q3
		`PwrHeatFlw4`	Выходной порт 4 тепловой поток	_q4
		`PwrHeatFlw5`	Выходной порт 5 тепловой поток	_q5
	`PwrNotTrnsfrd` - Мощность, пересекающая границу блока, но не передаваемая Положительные сигналы указывают на вход Отрицательные сигналы указывают на потерю	`PwrHeatTrnsfr`	Скорость теплопередачи от стенки к контрольному объему	- _Qwall
	`PwrStored` - Скорость изменения накопленной энергии Положительные сигналы указывают на увеличение Отрицательные сигналы указывают на снижение	`PwrHeatStored`	Расход тепла, хранящегося в контрольном объеме	$(^{∑} (_{} qi)_{-}$ Qwall)

Порты

Вход

развернуть все

`C` - Массовый расход на входе, расход тепла, массовые доли
двухсторонний порт разъема

Шина, содержащая:

MassFlw - Массовый расход через вход, в кг/с
HeatFlw - Расход тепла на входе, Дж/с
MassFrac - Массовые доли на входе, безразмерные.
В частности, автобус с такими массовыми долями:
- O2MassFrac - Кислород
- N2MassFrac - Азот
- UnbrndFuelMassFrac - Несгоревшее топливо
- CO2MassFrac - Углекислый газ
- H2OMassFrac - Вода
- COMassFrac - Монооксид углерода
- NOMassFrac - Оксид азота
- NO2MassFrac - Диоксид азота
- NOxMassFrac - Оксид азота и диоксид азота
- PmMassFrac - Твердые частицы
- AirMassFrac - Воздух
- BrndGasMassFrac - Сгоревший газ

Зависимости

Для создания входных портов укажите параметр Number of inport ports.

`HeatTrnsfrRate` - Теплопередача
`scalar`

Внешний вход теплопередачи в регулируемый объем, _qhe, в кг/с.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите External input для параметра модели теплопередачи.

`ExtnlFlwVel` - Внешняя скорость потока
скаляр

Внешняя скорость потока, _Flwspd, в м/с.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите External wall convection для параметра модели теплопередачи.

`ExtnlTemp` - Температура окружающей среды, К
`scalar`

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите External wall convection для параметра модели теплопередачи.

Продукция

развернуть все

`Info` - Сигнал шины
автобус

Сигнал шины, содержащий эти блочные вычисления.

Сигнал			Описание	Единицы
`Vol`	`Prs`		Объемное давление	Pa
	`Temp`		Объемная температура	K
	`Enth`		Энтальпия по объему	Дж/кг
	`Species`	`O2MassFrac`	Массовая доля кислорода	НА
		`N2MassFrac`	Массовая доля азота	НА
		`UnbrndFuelMassFrac`	Массовая доля несгораемого газа	НА
		`CO2MassFrac`	Массовая доля диоксида углерода	НА
		`H2OMassFrac`	Массовая доля воды	НА
		`COMassFrac`	Массовая доля монооксида углерода	НА
		`NOMassFrac`	Массовая доля оксида азота	НА
		`NO2MassFrac`	Массовая доля диоксида азота	НА
		`NOxMassFrac`	Массовая доля оксида азота и диоксида азота	НА
		`PmMassFrac`	Массовая доля твердых частиц	НА
		`AirMassFrac`	Массовая доля воздуха	НА
		`BrndGasMassFrac`	Массовая доля сгоревшего газа	НА
`HeatTrnsfr`	`HeatTrnsfrRate`		Скорость теплопередачи стенки	Дж/с
	`MassFlw`		Средний внутренний массовый расход	кг/с
	`IntrnTemp`		Температура газа внутри камеры	K
`PwrInfo`	`PwrTrnsfrd`	`PwrHeatFlwi`	Порт `i` тепловой поток	W
	`PwrNotTrnsfrd`	`PwrHeatTrnsfr`	Скорость теплопередачи от стенки к контрольному объему	W
	`PwrStored`	`PwrHeatStored`	Расход тепла, хранящегося в контрольном объеме	W

`C` - Давление на выходе, температура, энтальпия, массовые доли
двухсторонний порт разъема

Шина, содержащая управляющий объем розетки:

Prs - Давление в камере, в Па
Temp - Температура газа, в К
Enth - удельная энтальпия, в Дж/кг
MassFrac - Массовые доли, безразмерные.
В частности, автобус с такими массовыми долями:
- O2MassFrac - Кислород
- N2MassFrac - Азот
- UnbrndFuelMassFrac - Несгоревшее топливо
- CO2MassFrac - Углекислый газ
- H2OMassFrac - Вода
- COMassFrac - Монооксид углерода
- NOMassFrac - Оксид азота
- NO2MassFrac - Диоксид азота
- NOxMassFrac - Оксид азота и диоксид азота
- PmMassFrac - Твердые частицы
- AirMassFrac - Воздух
- BrndGasMassFrac - Сгоревший газ

Зависимости

Чтобы создать выходные порты, укажите параметр Количество выходных портов.

Параметры

развернуть все

Параметры блока

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

Количество входных портов.

Зависимости

Для создания входных портов укажите номер.

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

Количество выходных портов.

Зависимости

Чтобы создать выходные порты, укажите номер.

`Heat transfer model` - Выбор модели
`Constant` (по умолчанию) | `External input` | `External wall convection`

Зависимости

Выбор Constant или External wall convection включает параметры теплопередачи.

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

Выберите цвет для значка блока:

Cold для синего
Hot для красного

Общая информация

`Chamber volume, Vch` - Объем
`0.0029` (по умолчанию) | `scalar`

Объем камеры, _Vch, в м ^ 3.

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

Начальное давление в камере, _Pvol, в Па.

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

Начальная температура камеры, _Твол, в К.

`Ideal gas constant, R` - Идеальная газовая постоянная
`287` (по умолчанию) | `scalar`

Идеальная газовая постоянная, R, в Дж/( кг * К).

`Specific heat capacity, cp` - Удельное тепло
`1005` (по умолчанию) | `scalar`

Удельная теплоёмкость, _сп, в Дж/( кг· К).

Теплопередача

`Heat transfer rate, q_he` - Ставка
`0` (по умолчанию) | `scalar`

Постоянная скорость теплопередачи, _qhe, в Дж/с.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите Constant для параметра модели теплопередачи.