Блоки Simscape™ Fluids™ - комбинация отличительных уравнений, которые представляют одномерную составляющую динамику и алгебраические уравнения, которые представляют массу и энергетическую непрерывность по компоненту. Система уравнений, которая включает все блоки по всем доменам Simscape в модели, собирается в точную квадратную матрицу, которая решается итеративно на каждом временном шаге до сходимости. Число решаемых уравнений и любые события пересечения нуля влияют на скорость и качество сходимости модели. Дополнительные сведения о том, как программное обеспечение Simscape собирает и решает управляющие уравнения модели, см. в разделе Как работает Simscape Simulation.
Вычисления вычисляются в каждом узле сети текучей среды, например, в портах блоков, пересечениях соединителей и во внутренних точках динамических компонентов. Для решения сети свойства текучей среды в каждом узле распространяются в соответствии с восходящей цифровой схемой. Это означает, что свойства текучей среды в данном узле вычисляются на основе свойств текучей среды в этом узле при предыдущей итерации решателя и текущего значения свойств текучей среды, которые предшествуют ему в пространстве. Поток в элемент считается положительным.
На следующей схеме показаны два представления блоков. Каждый блок имеет порты A и B и внутренний узел I. Специфическая общая энтальпия, hA2 в порте A в блоке 2, вычисляется в соответствии с направлением потока и основана на конкретной общей энтальпии, hB1, в порте B блока 1:
В той же конфигурации поток в обратном направлении будет означать, что конкретная полная энтальпия в порту А блока 2 вычисляется на основе конкретной общей энтальпии внутреннего узла I того же компонента:
Это означает, что можно наблюдать различия в измеренных значениях переменных в зависимости от направления потока и запрашиваемого узла. Пример измерения переменной в сети с реверсированием потока см. в разделе Наблюдение за переменным разрывом.
В области реверсирования потока, определяемой общим расходом энергии и порогами блоков, расход энергии без сглаживания приводит к скачкообразной прерывистости конкретной общей энтальпии:
Схема «вверх по ветру» без сглаживания
Чтобы избежать этих разрывов, к расчетам применяется сглаживание, и значения флюидов вычисляются в терминах потоков энергии. Например, в области термической жидкости сглаженный поток энергии при А представляет собой сумму расхода энергии и удельной полной энтальпийной проводимости между портом А и внутренним узлом I. Проводимость способствует численному сглаживанию, внося незначительную величину в расход энергии при номинальных условиях блока.
Квазиустановившиеся компоненты также обеспечивают сглаживание расхода энергии. Хотя сам блок не имеет внутреннего объёма, разница между внутренней энтальпией и энтальпией в портах блока по-прежнему вычисляется. Общий расход энергии в каждом узле определяется направлением потока текучей среды:
+{m˙AhAm˙A>0m˙AhIm˙A≤0,
где:
ФА - расход энергии через порт А и проводимость между портом А и внутренним узлом I.
G - коэффициент теплопроводности, который для областей термической жидкости и влажного воздуха рассчитывается как:
kScvL,
где:
k - теплопроводность.
S - площадь поперечного сечения порта.
cv - удельная теплота текучей среды.
L - характерная длина между портом и внутренним узлом.
Для двухфазных и газовых доменов G является общим параметром настройки и устанавливается пороговыми параметрами, определенными для блока. Например, увеличение значения числа Маха для параметра реверсирования потока в блоке двухфазной библиотеки увеличивает степень сглаживания, применяемого к потоку энергии. Аналогично, увеличение значения порога динамического давления для параметра реверсирования потока в блоке библиотеки газа увеличивает область применяемого сглаживания.
В области реверсирования потока, определяемой общим расходом энергии и порогами блоков, конкретная полная энтальпия изменяется в соответствии с постепенным гиперболическим тангенциальным:
Схема энергии восходящего ветра со сглаживанием
Как работает моделирование Simscape