Камера постоянного объема (MA)

Камера с фиксированным объемом влажного воздуха и переменным количеством отверстий

Библиотека:
Библиотека Simscape/Foundation/Влажный воздух/Элементы

Описание

Блок камеры постоянного объема (MA) моделирует хранение массы и энергии во влажной воздушной сети. Камера содержит постоянный объем влажного воздуха. Он может иметь от одного до четырех входов. Корпус может обмениваться массой и энергией с подключенной сетью влажного воздуха и обмениваться теплом с окружающей средой, позволяя его внутреннему давлению и температуре развиваться с течением времени. Давление и температура развиваются на основе сжимаемости и теплоемкости объема влажного воздуха. Жидкая вода конденсируется из объема влажного воздуха, когда достигает насыщения.

Блочные уравнения используют эти символы. Нижние индексы a, w, и g указывают свойства сухого воздуха, водяного пара и следового газа соответственно. Нижний индекс ws указывает водяной пар при насыщении. Нижние индексы A, B, C, D, H, и S укажите соответствующий порт. Нижний индекс I указывает свойства внутреннего объема влажного воздуха.

$\overset{m˙}{}$	Массовый расход
Φ	Расход энергии
Q	Расход тепла
p	Давление
ρ	Плотность
R	Удельная газовая константа
V	Объем влажного воздуха внутри камеры
условная цена	Удельное тепло при постоянном объеме
h	Специфическая энтальпия
u	Удельная внутренняя энергия
x	Массовая доля (xw - удельная влажность, что является еще одним термином массовой доли водяного пара)
y	Молярная доля
φ	Относительная влажность
r	Коэффициент влажности
T	Температура
t	Время

Чистые скорости потока во влажный объем воздуха внутри камеры составляют

$\begin{array}{l} {\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{} \\ _{}_{}_{}_{}_{}_{}_{}_{} \\ {\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{} \\ {\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{m˙net=m˙A+m˙B+m˙C+m˙D−m˙condense+m˙wS+m˙gSΦnet=ΦA+ΦB+ΦC+ΦD+QH−Φcondense+ΦSm˙w,net=m˙wA+m˙wB+m˙wC+m˙wD−m˙condense+m˙wSm˙g,net=m˙gA+m˙gB+m˙gC+m˙gD+m˙gS} \end{array}$

где:

$\overset{}{}$ m˙condense - скорость конденсации.
Dwfcondense - скорость потери энергии из конденсированной воды.
ФS - это скорость энергии, добавляемой источниками влаги и следового газа. ${\overset{}{}}_{m˙wS}$ и ${\overset{}{}}_{m˙gS}$ - массовые расходы воды и газа соответственно через порт S. Значения ${\overset{}{}}_{m˙wS}$ , ${\overset{}{}}_{m˙gS}$ и ФS определяются источниками влаги и следового газа, подключенными к порту S камеры, или соответствующими значениями параметров на вкладке «Влажность и следовый газ».

Если порт не виден, то термины с индексом, соответствующим имени порта, равны 0.

Сохранение массы водяного пара связывает массовый расход водяного пара с динамикой уровня влаги во внутреннем объеме влажного воздуха:

$\frac{_{}}{}_{}_{} {\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{dxwIdtρIV+xwIm˙net=m˙w,net}$

Аналогично сохранение массы следового газа связывает массовый расход следового газа с динамикой уровня следового газа во внутреннем объеме влажного воздуха:

$\frac{_{}}{}_{}_{} {\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{dxgIdtρIV+xgIm˙net=m˙g,net}$

Сохранение массы смеси соотносит массовый расход смеси с динамикой давления, температуры и массовых долей внутреннего объема влажного воздуха:

$(\frac{}{_{}} \frac{_{}}{1pIdpIdt} \frac{−}{_{}} \frac{_{}}{} {1TIdTIdt}_{)} \frac{_{αIV} +_{}}{_{Ra}} {\overset{}{-}}_{RwRI} (_{} {\overset{}{}}_{} \frac{_{}_{}}{{m˙w,net−xwm˙net}_{)}} {\overset{}{+}}_{Ra -}_{} {\overset{}{RgRI}}_{(} {\overset{}{}}_{}$ m˙g,net−xgm˙net) =m˙net

Наконец, энергосбережение связывает расход энергии с динамикой давления, температуры и массовых долей внутреннего объема влажного воздуха:

$_{}_{} \frac{_{}}{(uwI}_{}_{-} {\overset{uaI}{}}_{) (}_{} {\overset{}{}}_{}_{m˙w,net−xwm˙net)} +_{(} {\overset{}{ugI}}_{- uaI})_{(} {\overset{}{}}_{}_{} {\overset{}{}}_{} m˙g,net-xgm˙net)_{}$ +uIm˙net=Φnet

Уравнение состояния соотносит плотность смеси с давлением и температурой:

$_{pI} =_{}_{}_{}$ αIRITI

Удельная газовая константа смеси равна

$_{RI} =_{}_{} {xaIRa}_{+}_{}_{xwIRw}_{+}$ xgIRg

В камере не моделируются сопротивление потоку и тепловое сопротивление:

$\begin{array}{l} _{pA} =_{} {pB}_{} =_{} pC_{=} \\ _{} pD_{=} \end{array}$ pITH = TI

Когда объем влажного воздуха достигает насыщения, может происходить конденсация. Удельная влажность при насыщении составляет

$_{xwsI} =_{} \frac{_{}}{_{}} \frac{_{}}{_{}}$ фwsRIRwpwsIpI

где:

αws - относительная влажность при насыщении (обычно 1).
pwsI - давление насыщения водяным паром, оцениваемое при TI.

Скорость конденсации составляет

${\overset{}{}}_{} \begin{array}{l} m˙condense={0,if_{}_{} \\ \frac{_{}_{}}{_{}}_{} & xwI≤xwsIxwI−xwsIτcondenseρIV,if_{xwI} >_{} \end{array}$ xwsI

где startcondense - значение параметра постоянной времени конденсации.

Конденсированная вода вычитается из объема влажного воздуха, как показано в уравнениях сохранения. Энергия, связанная со сконденсированной водой, составляет

$_{} {\overset{}{}}_{Φcondense=m˙condense} (_{} hwI -_{}$ ΔhvapI)

где ΔhvapI - специфическая энтальпия испарения, оцененная при TI.

Другие количества влаги и следовых газов связаны друг с другом следующим образом:

$\begin{array}{l} _{фwI} \frac{=_{}_{}}{_{}} \\ _{} \frac{{ywIpIpwsIywI}_{=}_{}}{_{}} \\ _{} \frac{_{xwIRwRIrwI}}{=_{}} \\ _{xwI1} - \frac{_{}_{}}{_{xwIygI}} \\ _{=}_{}_{} xgIRgRIxaI \end{array}$ + xwI + xgI = 1

Переменные

Чтобы задать приоритет и начальные целевые значения для переменных блока перед моделированием, используйте вкладку «Переменные» в диалоговом окне блока (или раздел «Переменные» в Инспекторе свойств блока). Дополнительные сведения см. в разделе Установка приоритета и начальной цели для переменных блока и начальных условий для блоков с конечным объемом влажного воздуха.

Допущения и ограничения

Стенки камеры совершенно жесткие.
Сопротивление потоку между входом камеры и объемом влажного воздуха не моделируется. Подключите блок локального ограничения (MA) или блок сопротивления потоку (MA) к порту A для моделирования потерь давления, связанных с входом.
Тепловое сопротивление между отверстием Н и объемом влажного воздуха не моделируется. Используйте блоки библиотеки Thermal для моделирования теплового сопротивления между влажной воздушной смесью и окружающей средой, включая любые тепловые эффекты стенки камеры.

Порты

Продукция

развернуть все

`W` - Скорость измерения конденсации, кг/с
физический сигнал

Порт вывода физического сигнала, измеряющий скорость конденсации в камере.

`F` - Векторный физический сигнал, содержащий данные по давлению, температуре, влажности и уровням следовых газов
вектор физического сигнала

Порт вывода физического сигнала, который выводит векторный сигнал. Вектор содержит измерения давления (в Па), температуры (в К), уровня влаги и уровня следового газа внутри компонента. Для распаковки этого векторного сигнала используется блок выбора измерений (MA).

Сохранение

развернуть все

`A` - Вход в камеру
влажный воздух

Отверстие для сохранения влажного воздуха, связанное с входом в камеру.

`B` - Вход в камеру
влажный воздух

Отверстие для сохранения влажного воздуха, связанное с входом второй камеры.

Зависимости

Этот порт отображается, если для параметра Number of ports установлено значение 2, 3, или 4.

`C` - Вход в камеру
влажный воздух

Отверстие для сохранения влажного воздуха, связанное с входом в третью камеру.

Зависимости

Этот порт отображается, если для параметра Number of ports установлено значение 3 или 4.

`D` - Вход в камеру
влажный воздух

Отверстие для сохранения влажного воздуха, связанное с впускным отверстием четвертой камеры. Если камера имеет четыре входных отверстия, ее можно использовать в качестве соединения в поперечном соединении.

Зависимости

Этот порт отображается только в том случае, если для параметра Number of ports установлено значение 4.

`H` - Температура внутри камеры
тепловой

Термосберегающее отверстие, связанное с температурой воздушной смеси внутри камеры.

`S` - Впрыскивать или извлекать влагу и следовый газ
источник влажного воздуха

Подключите этот порт к порту S блока из библиотеки источников влаги и газа для добавления или удаления влаги и газа для отслеживания. Дополнительные сведения см. в разделе Использование источников влаги и газа трассировки.

Зависимости

Этот порт отображается только в том случае, если для параметра Источник влаги и газа трассировки задано значение Controlled.

Параметры

развернуть все

Главный

`Chamber volume` - Объем влажного воздуха в камере
`0.001 m^3` (по умолчанию)

Объем влажного воздуха в камере. Камера является жесткой, и поэтому ее объем постоянен во время моделирования. Предполагается, что камера всегда полностью заполнена влажным воздухом.

`Number of ports` - Количество входных отверстий в камере
`1` (по умолчанию) | `2` | `3` | `4`

Количество входных отверстий в камере. Камера может иметь от одного до четырех портов с меткой от A до D. При изменении значения параметра соответствующие порты отображаются или скрываются в значке блока.

`Cross-sectional area at port A` - Площадь по нормали к протоку на входе в камеру
`0.01 m^2` (по умолчанию)

Площадь поперечного сечения входного отверстия камеры в отверстии А в направлении, перпендикулярном траектории воздушного потока.

`Cross-sectional area at port B` - Площадь по нормали к протоку на входе в камеру
`0.01 m^2` (по умолчанию)

Площадь поперечного сечения входного отверстия камеры в отверстии В в направлении, перпендикулярном направлению воздушного потока.

Зависимости

Активируется, когда виден порт B, то есть если для параметра Number of ports установлено значение 2, 3, или 4.

`Cross-sectional area at port C` - Площадь по нормали к протоку на входе в камеру
`0.01 m^2` (по умолчанию)

Площадь поперечного сечения входного отверстия камеры в отверстии С в направлении, перпендикулярном траектории воздушного потока.

Зависимости

Активируется, когда виден порт C, то есть если для параметра Number of ports установлено значение 3 или 4.

`Cross-sectional area at port D` - Площадь по нормали к протоку на входе в камеру
`0.01 m^2` (по умолчанию)

Площадь поперечного сечения входного отверстия камеры в отверстии D в направлении, перпендикулярном траектории воздушного потока.

Зависимости

Активируется, когда виден порт D, то есть если для параметра Number of ports установлено значение 4.

Влага и следовой газ

`Relative humidity at saturation` - Относительная влажность, выше которой происходит конденсация
`1` (по умолчанию)

Относительная влажность, выше которой происходит конденсация.

`Condensation time constant` - Шкала времени конденсации
`1e-3 s` (по умолчанию)

Характерная шкала времени, при которой перенасыщенный объем влажного воздуха возвращается к насыщению путем конденсации избытка влаги.

`Moisture and trace gas source` - Смоделировать уровни влажности и следовых газов
`None` (по умолчанию) | `Constant` | `Controlled`

Этот параметр управляет видимостью порта S и предоставляет следующие опции для моделирования уровней влаги и следового газа внутри компонента:

None - В блок или из него не впрыскивается влага или следовый газ. Порт S скрыт. Это значение по умолчанию.
Constant - Влага и следовый газ впрыскиваются в блок или извлекаются из него с постоянной скоростью. Те же параметры, что и в блоках источника влаги (MA) и источника следящего газа (MA), становятся доступными в разделе «Влага и следящий газ» интерфейса блока. Порт S скрыт.
Controlled Влага и следовый газ впрыскиваются в блок или извлекаются из него с изменяющейся во времени скоростью. Порт S открыт. Подключите к этому порту блоки контролируемого источника влаги (MA) и контролируемого источника газа (MA).

`Moisture added or removed` - Выберите, будет ли блок добавлять или удалять влагу в виде водяного пара или жидкой воды
`Vapor` (по умолчанию) | `Liquid`

Выберите, будет ли блок добавлять или удалять влагу в виде водяного пара или жидкой воды:

Vapor - энтальпия добавленной или удаленной влаги соответствует энтальпии водяного пара, которая больше, чем энтальпия жидкой воды.
Liquid - энтальпия добавленной или удаленной влаги соответствует энтальпии жидкой воды, которая меньше энтальпии водяного пара.

Зависимости

Включено, если для параметра Источник влаги и газа трассировки установлено значение Constant.

`Rate of added moisture` - Постоянный массовый расход через блок
`0 kg/s` (по умолчанию)

Массовый расход водяного пара через блок. Положительное значение добавляет влагу к соединенному объему влажного воздуха. Отрицательное значение извлекает влагу из этого объема.

Зависимости

Включено, если для параметра Источник влаги и газа трассировки установлено значение Constant.

`Added moisture temperature specification` - Выберите метод спецификации для температуры добавленной влаги
`Atmospheric temperature` (по умолчанию) | `Specified temperature`

Выберите метод спецификации для температуры влаги:

Atmospheric temperature - Использовать атмосферную температуру, заданную блоком свойств влажного воздуха (MA), подключенным к цепи.
Specified temperature - укажите значение с помощью параметра Температура добавленной влаги.

Зависимости

Включено, если для параметра Источник влаги и газа трассировки установлено значение Constant.

`Temperature of added moisture` - Температура влаги
`293.15 K` (по умолчанию)

Введите требуемую температуру добавленной влаги. Эта температура остается постоянной во время моделирования. Блок использует это значение для оценки удельной энтальпии только добавленной влаги. Удельная энтальпия удаленной влаги основана на температуре связанного объема влажного воздуха.

Зависимости

Включено, если для параметра Спецификация добавленной температуры влаги установлено значение Specified temperature.

`Rate of added trace gas` - Постоянный массовый расход через блок
`0 kg/s` (по умолчанию)

Проследить массовый расход газа через блок. Положительное значение добавляет следовый газ к соединенному объему влажного воздуха. Отрицательное значение извлекает газ из этого объема.

Зависимости

Включено, если для параметра Источник влаги и газа трассировки установлено значение Constant.

`Added trace gas temperature specification` - Выбор метода спецификации для температуры добавляемого следового газа
`Atmospheric temperature` (по умолчанию) | `Specified temperature`

Выберите метод спецификации для температуры следового газа:

Atmospheric temperature - Использовать атмосферную температуру, заданную блоком свойств влажного воздуха (MA), подключенным к цепи.
Specified temperature - укажите значение с помощью параметра Температура добавленного газа.

Зависимости

Включено, если для параметра Источник влаги и газа трассировки установлено значение Constant.

`Temperature of added trace gas` - Температура следового газа
`293.15 K` (по умолчанию)

Введите требуемую температуру добавляемого следового газа. Эта температура остается постоянной во время моделирования. Блок использует это значение для оценки специфической энтальпии только добавленного следового газа. Удельная энтальпия удаляемого следового газа основана на температуре подключенного объема влажного воздуха.

Зависимости

Активируется, если для параметра Спецификация добавленной температуры газа трассировки установлено значение Specified temperature.

Примеры модели

Система ОВКВ транспортного средства

Моделирует поток влажного воздуха в системе отопления, вентиляции и кондиционирования (ОВКВ) транспортного средства. Кабина транспортного средства представлена в виде объема влажного воздуха, обменивающегося теплом с внешней средой. Влажный воздух протекает через рециркуляционную заслонку, вентилятор, испаритель, смесительную дверь и нагреватель перед возвращением в кабину. Рециркуляционная заслонка выбирает прием потока из кабины или из внешней среды. Дверца смесителя отводит поток вокруг нагревателя для регулирования температуры.

Система контроля окружающей среды самолета

Моделирует систему управления окружающей средой самолета (ECS), которая регулирует давление, температуру, влажность и озон (O3) для поддержания комфортной и безопасной среды салона. Охлаждение и осушение обеспечивается машиной воздушного цикла (АСМ), которая работает как обратный цикл Брейтона для отвода тепла от сжатого горячего воздуха, отбираемого из двигателя. Часть горячего отбираемого воздуха смешивается непосредственно с выходом ACM для регулировки температуры. Наддув поддерживается выпускным клапаном в салоне. Эта модель моделирует ECS, работающую от состояния горячего грунта до состояния холодного круиза и обратно до состояния холодного грунта.

Медицинский аппарат искусственной вентиляции легких с моделью легких

Моделирует систему медицинского вентилятора с положительным давлением. Пациенту подают заданную скорость потока. Легкие моделируются с помощью трансляционного механического преобразователя (MA), который преобразует давление влажного воздуха в поступательное движение. Задав единице площадь поперечного сечения интерфейса, смещение в механической поступательной сети становится показателем объема, сила - показателем давления, постоянная пружины - показателем упругости дыхания, а коэффициент демпфирования - показателем сопротивления дыханию.

Расширенные возможности

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

См. также

Источник влаги (МА) | Источник следового газа (MA)

Темы

Представлен в R2018a

Документация

Камера постоянного объема (MA)

Описание

Переменные

Допущения и ограничения

Порты

Продукция

W - Скорость измерения конденсации, кг/с физический сигнал

F - Векторный физический сигнал, содержащий данные по давлению, температуре, влажности и уровням следовых газов вектор физического сигнала

Сохранение

A - Вход в камеру влажный воздух

B - Вход в камеру влажный воздух

Зависимости

C - Вход в камеру влажный воздух

Зависимости

D - Вход в камеру влажный воздух

Зависимости

H - Температура внутри камеры тепловой

S - Впрыскивать или извлекать влагу и следовый газ источник влажного воздуха

Зависимости

Параметры

Главный

Chamber volume - Объем влажного воздуха в камере 0.001 m^3 (по умолчанию)

Number of ports - Количество входных отверстий в камере 1 (по умолчанию) | 2 | 3 | 4

Cross-sectional area at port A - Площадь по нормали к протоку на входе в камеру 0.01 m^2 (по умолчанию)

Cross-sectional area at port B - Площадь по нормали к протоку на входе в камеру 0.01 m^2 (по умолчанию)

Зависимости

Cross-sectional area at port C - Площадь по нормали к протоку на входе в камеру 0.01 m^2 (по умолчанию)

Зависимости

Cross-sectional area at port D - Площадь по нормали к протоку на входе в камеру 0.01 m^2 (по умолчанию)

Зависимости

Влага и следовой газ

Relative humidity at saturation - Относительная влажность, выше которой происходит конденсация 1 (по умолчанию)

Condensation time constant - Шкала времени конденсации 1e-3 s (по умолчанию)

Moisture and trace gas source - Смоделировать уровни влажности и следовых газов None (по умолчанию) | Constant | Controlled

Moisture added or removed - Выберите, будет ли блок добавлять или удалять влагу в виде водяного пара или жидкой воды Vapor (по умолчанию) | Liquid

Зависимости

Rate of added moisture - Постоянный массовый расход через блок 0 kg/s (по умолчанию)

Зависимости

Added moisture temperature specification - Выберите метод спецификации для температуры добавленной влаги Atmospheric temperature (по умолчанию) | Specified temperature

Зависимости

Temperature of added moisture - Температура влаги 293.15 K (по умолчанию)

Зависимости

Rate of added trace gas - Постоянный массовый расход через блок 0 kg/s (по умолчанию)

Зависимости

Added trace gas temperature specification - Выбор метода спецификации для температуры добавляемого следового газа Atmospheric temperature (по умолчанию) | Specified temperature

Зависимости

Temperature of added trace gas - Температура следового газа 293.15 K (по умолчанию)

Зависимости

Примеры модели

Система ОВКВ транспортного средства

Система контроля окружающей среды самолета

Медицинский аппарат искусственной вентиляции легких с моделью легких

Расширенные возможности

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

См. также

Темы

Документация по Simscape

Поддержка

`W` - Скорость измерения конденсации, кг/с
физический сигнал

`F` - Векторный физический сигнал, содержащий данные по давлению, температуре, влажности и уровням следовых газов
вектор физического сигнала

`A` - Вход в камеру
влажный воздух

`B` - Вход в камеру
влажный воздух

`C` - Вход в камеру
влажный воздух

`D` - Вход в камеру
влажный воздух

`H` - Температура внутри камеры
тепловой

`S` - Впрыскивать или извлекать влагу и следовый газ
источник влажного воздуха

`Chamber volume` - Объем влажного воздуха в камере
`0.001 m^3` (по умолчанию)

`Number of ports` - Количество входных отверстий в камере
`1` (по умолчанию) | `2` | `3` | `4`

`Cross-sectional area at port A` - Площадь по нормали к протоку на входе в камеру
`0.01 m^2` (по умолчанию)

`Cross-sectional area at port B` - Площадь по нормали к протоку на входе в камеру
`0.01 m^2` (по умолчанию)

`Cross-sectional area at port C` - Площадь по нормали к протоку на входе в камеру
`0.01 m^2` (по умолчанию)

`Cross-sectional area at port D` - Площадь по нормали к протоку на входе в камеру
`0.01 m^2` (по умолчанию)

`Relative humidity at saturation` - Относительная влажность, выше которой происходит конденсация
`1` (по умолчанию)

`Condensation time constant` - Шкала времени конденсации
`1e-3 s` (по умолчанию)

`Moisture and trace gas source` - Смоделировать уровни влажности и следовых газов
`None` (по умолчанию) | `Constant` | `Controlled`

`Moisture added or removed` - Выберите, будет ли блок добавлять или удалять влагу в виде водяного пара или жидкой воды
`Vapor` (по умолчанию) | `Liquid`

`Rate of added moisture` - Постоянный массовый расход через блок
`0 kg/s` (по умолчанию)

`Added moisture temperature specification` - Выберите метод спецификации для температуры добавленной влаги
`Atmospheric temperature` (по умолчанию) | `Specified temperature`

`Temperature of added moisture` - Температура влаги
`293.15 K` (по умолчанию)

`Rate of added trace gas` - Постоянный массовый расход через блок
`0 kg/s` (по умолчанию)

`Added trace gas temperature specification` - Выбор метода спецификации для температуры добавляемого следового газа
`Atmospheric temperature` (по умолчанию) | `Specified temperature`

`Temperature of added trace gas` - Температура следового газа
`293.15 K` (по умолчанию)

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