exponenta event banner

Резервуар (G-TL)

Бак под давлением с переменным объемом газа и термической жидкости

  • Библиотека:
  • Интерфейсы сети Simscape/Fluids/Fluid Network/Резервуары и аккумуляторы

  • Tank (G-TL) block

Описание

Блок Tank (G-TL) моделирует накопление массы и энергии в камере с отдельными объемами газа и термической жидкости. Общий объем жидкости является фиксированным, но отдельные объемы газа и термической жидкости могут свободно изменяться. Два газовых канала обеспечивают поток газа, а переменное количество каналов для термической жидкости в диапазоне от одного до трех - поток термической жидкости. Отверстия для термической жидкости могут находиться на разных высотах.

Входы и входы резервуаров (y)

Резервуар находится под давлением, но давление не фиксировано. Она изменяется во время моделирования с давлением в объеме газа. Он повышается, когда давление объема газа повышается, и падает, когда давление объема газа падает. Предполагается, что объем термической жидкости находится в равновесии с объемом газа, и поэтому его давление равно давлению газа.

Объемы текучей среды могут обмениваться энергией с другими компонентами текучей среды и с окружающей средой, но не друг с другом. Объемы жидкости ведут себя так, как если бы они были изолированы друг от друга изолированной мембраной. Обмен энергией с другими компонентами происходит через газовые или тепловые жидкостные порты, в то время как обмен с окружающей средой происходит, строго в виде тепла, через тепловые порты.

Этот блок используется для моделирования таких компонентов, как дренажные резервуары, в которых вода, сконденсированная из системы сжатого газа, улавливается на дне под действием силы тяжести и выбрасывается через сливное отверстие. Следует, однако, отметить, что ни газовые, ни тепловые жидкие домены не улавливают эффекты фазового изменения и, следовательно, этот блок не может улавливать эффекты конденсации.

Варианты на входе

Количество тепловых отверстий для жидкости зависит от активного варианта блока. Чтобы просмотреть или изменить активный вариант, щелкните правой кнопкой мыши блок и выберите «Simscape» > «Варианты блоков». One inlet вариант обнажает тепловое жидкостное отверстие A2, Two inlets вариант добавляет B2 порта, и Three inlets вариант добавляет C2 порта.

Объемы жидкости

Общий объем резервуара равен сумме объемов газа и термической жидкости, которые он содержит:

VT = VL + VG,

где V - объем, а T, L и G - общий объем, жидкость и газ. Поскольку общий объем является фиксированным, временная скорость изменения объема газа должна быть обратной скорости, измеренной для объема термической жидкости:

V˙G=−V˙L.

Временную скорость изменения объема термической жидкости рассчитывают путем дифференцирования выражения:

ML = αLVL,

где М - масса, а,, («» T «») - плотность. Дифференциация дает массовый расход в объем термической жидкости:

M˙L=VLρ˙L+V˙LρL,

Временная скорость изменения плотности термической жидкости составляет:

ρ˙L=ρLβLp˙L−αLρLT˙L,

где:

  • β - изотермический объемный модуль.

  • ɑ - коэффициент изобарического теплового расширения.

  • p - давление жидкости.

  • T - температура жидкости.

Члены перегруппировки дают скорость изменения объема термической жидкости и, за счет расширения, объема газа:

V˙G=−V˙L≈VL (p˙LβL−αLT˙L) −M˙LρL

Массовый баланс

Скорость накопления массы в каждом объеме текучей среды равна чистой скорости массового потока в этот объем текучей среды. В объеме термической жидкости:

M˙L=∑i=A2, B2, C2m˙i,

где ML - скорость накопления массы в объеме термической жидкости, а m˙i - индивидуальные массовые скорости потока в этот объем через отверстия термической жидкости (A2, B2 и C2 в случае Three inlets вариант). Скорость накопления массы содержит вклад от изменения давления, температуры и объема:

M˙L=VL (ρLβLp˙G−αLρLT˙L) +V˙LρL,

где давление объема термической жидкости по определению равно давлению объема газа, и поэтому уравнение записывается в терминах давления газа. В объеме газа:

M˙G=∑i=A1, B1m˙i,

где MG - скорость накопления массы в объеме газа, а m˙i - индивидуальные массовые скорости потока в этот объем через газовые каналы (A2 и В2). Как и в случае объема термической жидкости, скорость накопления массы содержит вклад изменения давления, температуры и объема:

M˙G=dMdp'Gp˙G+dMdT'GT˙G+V˙GρG,

где производные давления и температуры зависят от типа газа, указанного в блоке Gas Properties (G). Производные определяются в разделе уравнений страницы ссылок блока трансляционного механического преобразователя (G). Замена VG выражением, ранее полученным для этой переменной, и объединение двух выражений для MG:

dMdp'Gp˙G+dMdT'GT˙G+[VL (p˙GβL−αLT˙L)  −M˙LρL]ρG=∑i=A1, B1m˙i.

Перегруппировка терминов дает конечное выражение для массового баланса в объеме газа:

p˙G (dMdp'G +ρGVLβL) + (T˙GdMdT'G−T˙LρGVLαL) = ∑i=A1,  B1mШi +ρGρL∑i=A2, B2, C2m˙i,

где M˙L заменено суммированием массовых расходов в объем термической жидкости.

Энергетический баланс

Скорость накопления энергии в каждом объеме текучей среды представляет собой сумму скоростей потока энергии через впускные отверстия текучей среды, скорости потока тепла через соответствующий тепловой порт и скорости потока энергии, обусловленной изменениями объема. Для объема газа:

p˙G (dUdp'G +ρGhGVLβL) + (T˙GdUdT'G−T˙LρGhGVLαL) =QH1 +  i=A1,  B1ϕi +ρGρLhG∑i=A2, B2, C2m˙i,

где:

  • U - общая энергия объема текучей среды.

  • h - энтальпия жидкости.

  • Q - расход тепла через тепловое отверстие.

  • i - скорости потока энергии через впускные отверстия для текучей среды.

Как и ранее, производные давления и температуры зависят от типа газа, указанного в блоке Gas Properties (G). Определения этих блоков см. в разделе «Уравнения» на странице ссылок блока «Translational Mechanical Converter (G)». Для объема термической жидкости:

p˙LdUdp'L+T˙LdUdT'L=QH2+∑i=A2, B2, C2ϕi+∑i=A2, B2, C2m˙g (y (i) y)  −hL∑i=A2 , B2, C2m˙i,

где производная давления:

dUdp 'L = TLαLVL,

и производная температуры представляет собой:

dUdT 'L = cp, LαLVL,

в котором cp - изобарная удельная теплота термической жидкости внутри резервуара.

Баланс импульса

Сопротивление потоку вследствие трения или других причин игнорируется в обоих объемах жидкости. Влияние подъема на давление на входе также игнорируется, но только со стороны газа. Таким образом, давления на входе газа равны друг другу и внутреннему давлению объема газа:

pA1 = pB1 = pG.

Каждое из давлений на входе термической жидкости зависит от глубины входа. Внутреннее давление объема термической жидкости равно давлению объема газа (pL = pG). Включая динамические давления (pi, dyn) на входе:

pi + pi, dyn = pG + αL (y − yi) g,

где y - высота поверхности термической жидкости, yi - высота входа термической жидкости, g - гравитационная постоянная. Термин (y-yi) дает глубину входа термической жидкости относительно границы газ-термическая жидкость. Динамическое давление на каждом входе термической жидкости зависит от направления потока на этом входе:

pi, dyn = {12βivi2 , если  m˙i<00,if m˙i≥0

Порты

Продукция

развернуть все

Порт вывода физического сигнала, сообщающий объем термической жидкости в резервуаре.

Порт вывода физического сигнала, сообщающий высоту объема термической жидкости относительно дна резервуара.

Сохранение

развернуть все

Отверстие, через которое газ может поступать в резервуар или выходить из него.

Отверстие, через которое газ может поступать в резервуар или выходить из него.

Отверстие, через которое термическая жидкость может поступать в резервуар или выходить из него.

Отверстие, через которое термическая жидкость может поступать в резервуар или выходить из него.

Зависимости

Этот порт активен, если для варианта блока установлено значение Two inlets или Three inlets. Варианты блока можно изменить из контекстного меню блока. Щелкните правой кнопкой мыши блок, чтобы открыть меню, и выберите «Simscape» > «Block choices».

Отверстие, через которое термическая жидкость может поступать в резервуар или выходить из него.

Зависимости

Этот порт активен, если для варианта блока установлено значение Three inlets. Варианты блока можно изменить из контекстного меню блока. Щелкните правой кнопкой мыши блок, чтобы открыть меню, и выберите «Simscape» > «Block choices».

Параметры

развернуть все

Вкладка «Параметры»

Совокупный объем газовой и терможидкостной частей резервуара.

Выбор параметризации для объема термической жидкости. Выбрать Tabulated data — volume vs. level вычисляют объем термической жидкости путем интерполяции или экстраполяции табулированных данных.

Площадь поперечного сечения резервуара, принимаемая постоянной в пределах допустимого диапазона уровней жидкости. Блок использует этот параметр для вычисления объема термической жидкости внутри резервуара.

Вектор уровней термической жидкости, при котором определяется объем термической жидкости в резервуаре. Блок использует этот вектор для построения таблицы одностороннего поиска объема термической жидкости в зависимости от уровня термической жидкости.

Зависимости

Этот параметр активен, если для параметра Параметризация объема резервуара установлено значение Tabulated data - volume vs. level.

Вектор объемов термической жидкости, соответствующий значениям, указанным в параметре Вектор уровня жидкости. Блок использует этот вектор для построения таблицы одностороннего поиска объема термической жидкости в зависимости от уровня термической жидкости.

Зависимости

Этот параметр активен, если для параметра Параметризация объема резервуара установлено значение Tabulated data - volume vs. level.

Высота входа термической жидкости.

Зависимости

Этот параметр активен, если для варианта блока установлено значение One inlet.

Вектор высот отверстий для термической жидкости относительно дна резервуара.

Зависимости

Этот параметр активен, если для варианта блока установлено значение Two inlets.

Вектор высот отверстий для термической жидкости относительно дна резервуара.

Зависимости

Этот параметр активен, если для варианта блока установлено значение Three inlets.

Вектор с областями потока входных отверстий для газа.

Площадь потока на входе термической жидкости.

Зависимости

Этот параметр активен, если для варианта блока установлено значение One inlet.

Площади потока входных отверстий для термической жидкости.

Зависимости

Этот параметр активен, если для варианта блока установлено значение Two inlets.

Площади потока входных отверстий для термической жидкости.

Зависимости

Этот параметр активен, если для варианта блока установлено значение Three inlets.

Значение гравитационного ускорения на отметке резервуара. Эта постоянная принимается постоянной по высоте резервуара.

Вкладка «Переменные»

Давление объема газа в момент времени ноль. Simscape™ параметр используется программным обеспечением для управления начальной конфигурацией компонента и модели. Исходные переменные, конфликтующие друг с другом или несовместимые с моделью, могут игнорироваться. Установите в столбце «Приоритет» значение High для приоритизации этой переменной по сравнению с другими низкоприоритетными переменными.

Температура объема газа в нуль времени. Программа Simscape использует этот параметр для управления начальной конфигурацией компонента и модели. Исходные переменные, конфликтующие друг с другом или несовместимые с моделью, могут игнорироваться. Установите в столбце «Приоритет» значение High для приоритизации этой переменной по сравнению с другими низкоприоритетными переменными.

Плотность объема газа в нулевое время. Программа Simscape использует этот параметр для управления начальной конфигурацией компонента и модели. Исходные переменные, конфликтующие друг с другом или несовместимые с моделью, могут игнорироваться. Установите в столбце «Приоритет» значение High для приоритизации этой переменной по сравнению с другими низкоприоритетными переменными.

Температура термического объема жидкости в нуль времени. Программа Simscape использует этот параметр для управления начальной конфигурацией компонента и модели. Исходные переменные, конфликтующие друг с другом или несовместимые с моделью, могут игнорироваться. Установите в столбце «Приоритет» значение High для приоритизации этой переменной по сравнению с другими низкоприоритетными переменными.

Высота объема жидкости в баке в нулевое время. Программа Simscape использует этот параметр для управления начальной конфигурацией компонента и модели. Исходные переменные, конфликтующие друг с другом или несовместимые с моделью, могут игнорироваться. Установите в столбце «Приоритет» значение High для приоритизации этой переменной по сравнению с другими низкоприоритетными переменными.

Объем термической жидкости в баке на ноль времени. Программа Simscape использует этот параметр для управления начальной конфигурацией компонента и модели. Исходные переменные, конфликтующие друг с другом или несовместимые с моделью, могут игнорироваться. Установите в столбце «Приоритет» значение High для приоритизации этой переменной по сравнению с другими низкоприоритетными переменными.

Масса термической жидкости в баке в нулевое время. Программа Simscape использует этот параметр для управления начальной конфигурацией компонента и модели. Исходные переменные, конфликтующие друг с другом или несовместимые с моделью, могут игнорироваться. Установите в столбце «Приоритет» значение High для приоритизации этой переменной по сравнению с другими низкоприоритетными переменными.

Примеры модели

EV Battery Cooling System

Система охлаждения аккумуляторов EV

В этом демонстрационном ролике показана система охлаждения аккумуляторов Electric Vehicle (EV). Батарейные пакеты расположены поверх холодной пластины, которая состоит из охлаждающих каналов для направления потока охлаждающей жидкости ниже батарейных пакетов. Тепло, поглощенное охлаждающей жидкостью, транспортируется в установку нагрева-охлаждения. Блок обогрева-охлаждения состоит из трех ответвлений для переключения режимов работы для охлаждения и нагрева батареи. Нагреватель представляет собой электрический нагреватель для быстрого нагрева батарей в условиях низких температур. Радиатор использует воздушное охлаждение и/или нагрев, когда батареи работают стабильно. Система хладагента используется для охлаждения перегретых батарей. Холодильный цикл представлен количеством теплового потока, выделяемого из охлаждающей жидкости. Система моделируется в соответствии с FTP-75 циклом привода или сценариями быстрой зарядки с различными температурами окружающей среды.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

.
Представлен в R2017b