Труба (MA)

Жесткий трубопровод для потока влажного воздуха

Библиотека:
Библиотека Simscape/Foundation/Влажный воздух/Элементы

Описание

Блок Pipe (MA) моделирует динамику потока труб во влажной воздушной сети из-за потерь вязкого трения и конвективной теплопередачи со стенкой трубы. Труба содержит постоянный объем влажного воздуха. Давление и температура развиваются на основе сжимаемости и теплоемкости этого объема влажного воздуха. Жидкая вода конденсируется из объема влажного воздуха, когда достигает насыщения. Подавленный поток возникает, когда выход достигает звукового состояния.

Внимание

Поток воздуха через этот блок может дросселироваться. Если блок источника массового расхода (MA) или блок источника контролируемого массового расхода (MA), подключенный к блоку трубы (MA), задает больший массовый расход, чем возможный подавленный массовый расход, моделирование создает ошибку. Дополнительные сведения см. в разделе Подавленный поток.

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, 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 трубы
условная цена	Удельное тепло при постоянном объеме
CP	Удельное тепло при постоянном давлении
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

Массовый и энергетический баланс

Чистые расходы в объем влажного воздуха внутри трубы составляют

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

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 трубы.

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

Баланс импульса

Баланс импульса для каждой половины трубы моделирует падение давления из-за потока импульса и вязкого трения:

$\begin{array}{l} _{pA} -_{} {pI \frac{{\overset{=}{}}_{}}{(}}^{} m˙AS \frac{)_{}}{_{2⋅}} \frac{(_{}}{_{}} TIpI_{-}_{TApA} \\ )_{} {RI}_{} + {\frac{{\overset{}{}}_{}}{}}^{ΔpAIpB} - \frac{_{}}{{pI}_{}} = \frac{_{(}}{_{}} {m˙BS}_{)} {2⋅}_{(} \end{array}$ TIpI − TBpB) RI + ΔpBI

где:

p - давление в порте A, порте B или внутреннем узле I, как указано подстрочным индексом.
start- плотность в порте A, порте B или внутреннем узле I, как указано подстрочным индексом.
S - площадь поперечного сечения трубы.
ΔpAI и ΔpBI - потери давления из-за вязкого трения.

Потери давления из-за вязкого трения ΔpAI и ΔpBI зависят от режима потока. Числа Рейнольдса для каждой половины трубы определяются как:

$\begin{array}{l} _{} \frac{{\overset{}{}}_{}_{}}{_{}} \\ _{} \frac{{\overset{}{}}_{}_{}}{_{ReA=|m˙A|⋅DhS⋅μIReB=|m˙B|⋅DhS⋅μI}} \end{array}$

где:

Dh - гидравлический диаметр трубы.
мкI - динамическая вязкость во внутреннем узле.

Если число Рейнольдса меньше значения параметра верхнего предела числа Рейнольдса потока Ламинара, то поток находится в режиме ламинарного потока. Если число Рейнольдса больше, чем значение параметра ограничения нижнего числа Рейнольдса турбулентного потока, то поток находится в режиме турбулентного потока.

В ламинарном режиме потока потери давления из-за вязкого трения составляют:

$\begin{array}{l} _{_{}}_{} \frac{{\overset{}{}}_{}_{}}{_{}_{}^{}} \frac{_{}}{} \\ _{_{}}_{} \frac{{\overset{}{}}_{}_{}}{_{}_{}^{}} \frac{_{}}{ΔpAIlam=fshapem˙A⋅μI2ρI⋅Dh2⋅S⋅L+Leqv2ΔpBIlam=fshapem˙B⋅μI2ρI⋅Dh2⋅S⋅L+Leqv2} \end{array}$

где:

fshape - значение коэффициента Shape для параметра вязкого трения ламинарного потока.
Leqv - значение параметра Агрегатная эквивалентная длина локальных сопротивлений.

В турбулентном режиме потока потери давления из-за вязкого трения составляют:

$\begin{array}{l} _{_{}}_{_{}} \frac{{\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{}}{_{}_{}^{}} \frac{_{}}{} \\ _{_{}}_{_{}} \frac{{\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{}}{_{}_{}^{}} \frac{_{}}{ΔpAItur=fDarcyAm˙A⋅|m˙A|2ρI⋅Dh⋅S2⋅L+Leqv2ΔpBItur=fDarcyBm˙B⋅|m˙B|2ρI⋅Dh⋅S2⋅L+Leqv2} \end{array}$

где fDarcy - коэффициент трения Дарси в портах A или B, как указано подстрочным индексом.

Коэффициенты трения Дарси вычисляются на основе корреляции Хааланда:

$\begin{array}{l} _{_{fDarcyA}} {= [− 1 . \frac{8log}{(_{6}} {. \frac{_{9ReA +}}{(_{}}}^{}}^{εrough3.7Dh)} \\ _{1,11)_{]}} {- \frac{2fDarcyB =}{[_{-}} {1 \frac{_{. 8log}}{(6_{.}}}^{9ReB} +}^{(} \end{array}$ εrough3.7Dh) 1,11)] − 2

где αrough - значение параметра абсолютная шероховатость внутренней поверхности.

Когда число Рейнольдса находится между верхним пределом числа Рейнольдса потока Ламинара и нижними значениями предельных параметров числа Рейнольдса потока турбулентного потока, поток переходит между ламинарным потоком и турбулентным потоком. Потери давления из-за вязкого трения во время переходной области следуют за плавным соединением между теми, которые находятся в режиме ламинарного потока, и теми, которые находятся в режиме турбулентного потока.

Тепло, обмениваемое со стенкой трубы через канал Н, добавляется к энергии объема влажного воздуха, представленного внутренним узлом, посредством уравнения энергосбережения (см. массовый и энергетический баланс). Поэтому предполагается, что балансы импульса для каждой половины трубы, между портом A и внутренним узлом и между портом B и внутренним узлом, являются адиабатическими процессами. Адиабатические отношения:

$\begin{array}{l} _{hA} -_{} {hI \frac{_{=} {\overset{(}{}}_{}}{}}^{} {RIm˙AS \frac{)_{}}{2_{}} [}^{(} {\frac{_{TIpI}}{)_{}} 2}^{} - \\ _{(}_{} TApA {) \frac{_{2} {\overset{}{]}}_{}}{hB}}^{−} {\frac{{hI}_{}}{=_{}} (}^{} {\frac{_{}}{{RIm˙BS}_{)}}}^{2} \end{array}$ [(TIpI) 2 − (TBpB) 2]

где h - специфическая энтальпия в порте A, порте B или внутреннем узле I, как указано подстрочным индексом.

Конвективная теплопередача

Уравнение конвективной теплопередачи между стенкой трубы и внутренним объемом влажного воздуха составляет:

$_{QH} =_{} \frac{{Qconv}_{} +_{}}{_{}}_{} kISsurfDh_{(}$ TH − TI)

Ssurf - площадь поверхности трубы, Ssurf = 4SL/Dh. Предполагая экспоненциальное распределение температуры вдоль трубы, конвективная теплопередача равна

$_{} {\overset{}{}}_{}_{_{Qconv=|m˙avg'cpavg}} (_{} TH_{-} олово)^{\frac{(_{}_{}}{{\overset{}{}}_{}_{_{}}}}$ 1−ehcoeffSsurf'm˙avg'cpavg)

где:

Олово - температура на входе в зависимости от направления потока.
${\overset{}{}}_{} m˙avg= {\overset{}{(}}_{} {\overset{}{}}_{} m˙A-m˙B)$ /2 - средний массовый расход от порта A к порту B.
$_{_{cpavg}}$ - удельная теплота, оцениваемая при средней температуре.

Коэффициент теплопередачи, hcoeff, зависит от числа Нуссельта:

$_{hcoeff} = \frac{_{}}{_{}}$ NukavgDh

где kavg - теплопроводность, оцениваемая при средней температуре. Число Нуссельта зависит от режима потока. Число Нуссельта в режиме ламинарного потока является постоянным и равно значению числа Нуссельта для параметра теплопередачи ламинарного потока. Число Нуссельта в режиме турбулентного потока вычисляется по корреляции Гниелинского:

$_{Нутур} \frac{\frac{=_{}}{} {fDarcy8}_{(} Реавг −_{1000)}}{\sqrt{\frac{{Pravg1}_{+ 12}}{}} ._{}^{7fDarcy8} (}$ Pravg2/3 − 1)

где Pravg - число Прандтля, оцениваемое при средней температуре. Среднее число Рейнольдса -

$_{} \frac{{\overset{}{}}_{}_{}}{_{Reavg=|m˙avg'DhSμavg}}$

где мкг - динамическая вязкость, оцененная при средней температуре. Когда среднее число Рейнольдса находится между верхним пределом числа Рейнольдса потока Ламинара и нижним значением параметра предела числа Рейнольдса потока турбулента, число Нуссельта следует плавному переходу между ламинарным и турбулентным значениями числа Нуссельта.

Насыщение и конденсация

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

Подавленный поток

Отключенное давление в порте A или B - это значение соответствующей переменной Across в этом порте:

$\begin{array}{l} _{_{pAunchoked}} = \\ _{_{}} A.ppBunchoked = \end{array}$ B.p

Однако переменные давления порта, используемые в уравнениях баланса импульса, pA и pB, не обязательно совпадают с давлением между переменными. A.p и B.p потому что выпускное отверстие трубы может задохнуться. Подавленный поток возникает, когда давление ниже по потоку достаточно низкое. В этот момент поток зависит только от условий на входе. Следовательно, при дросселировании давление на выходе (pA или pB, в зависимости от того, что является выходом) не может дополнительно уменьшаться, даже если давление ниже по потоку, представленное A.p или B.p, продолжает уменьшаться.

Дросселирование может происходить на выходе трубы, но не на входе трубы. Следовательно, если порт A является входным, то pA = A.p. Если порт A является выходом, то

$_{pA} = \begin{array}{l} { & A.p, если_{_{}} \\ _{_{}} & A.p\geqpAchokedpAchoked,if_{{A.p}_{<}} \end{array}$ pAchoked

Аналогично, если порт B является входом, то pB = B.p. Если порт B является выходом, то

$_{pB} = \begin{array}{l} { & B.p, если_{_{}} \\ _{_{}} & B.p\geqpBchokedpBchoked,if_{{B.p}_{<}} \end{array}$ pBchoked

Подавленные давления в портах А и В получают из баланса импульса, предполагая, что выходная скорость равна скорости звука:

$\begin{array}{l} _{_{}}_{}_{_{pAchoked−pI=pAchoked}} \frac{_{_{}}_{}}{_{}_{}} \frac{{(pAchokedTIpITA−1)}_{_{}}}{_{_{}}}_{} \\ _{_{}}_{}_{_{}} \frac{{cpAcvI +ΔpAIpBchoked−pI=pBchoked}_{_{}}_{}}{_{}_{}} \frac{_{_{(pBchokedTIpITB−1)}}}{_{_{}}}_{} \end{array}$ cpBcvI +ΔpBI

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

Стенка трубы совершенно жесткая.
Поток полностью развит. Потери на трение и теплопередача не включают входные эффекты.
Влияние силы тяжести ничтожно мало.
Инерция жидкости ничтожна.
Этот блок не моделирует сверхзвуковой поток.

Порты

Продукция

развернуть все

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

Порт вывода физического сигнала, измеряющий скорость конденсации в трубе.

`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 или выход
влажный воздух

Отверстие для сохранения влажного воздуха, связанное с входом или выходом трубы. Этот блок не имеет внутренней направленности.

`B` - Вход или выход
влажный воздух

`H` - Температура стенки трубы
тепловой

Термосберегающий порт, связанный с температурой стенки трубы. Блок включает конвективную теплопередачу между влажной воздушной смесью внутри трубы и стенкой трубы.

`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

`Pipe length` - Длина трубы
`5 m` (по умолчанию)

Длина трубы по направлению потока.

`Cross-sectional area` - Внутренняя зона трубы
`0.01 m^2` (по умолчанию)

Внутренняя площадь трубы по нормали к направлению потока.

`Hydraulic diameter` - диаметр эквивалентной цилиндрической трубы с одинаковой площадью поперечного сечения;
`0.1 m` (по умолчанию)

Диаметр эквивалентной цилиндрической трубы с одинаковой площадью поперечного сечения.

Трение и теплопередача

`Aggregate equivalent length of local resistances` - Суммарная длина всех локальных сопротивлений, имеющихся в трубе
`0.1 m` (по умолчанию)

Суммарная длина всех локальных сопротивлений, присутствующих в трубе. Локальные сопротивления включают изгибы, фитинги, якоря, входы и выходы труб. Эффект локальных сопротивлений заключается в увеличении эффективной длины сегмента трубы. Эта длина добавляется к геометрической длине трубы только для расчетов трения. Объем влажного воздуха зависит только от геометрической длины трубы, определяемой параметром Длина трубы (Pipe length).

`Internal surface absolute roughness` - Средняя глубина всех поверхностных дефектов на внутренней поверхности трубы
`15e-6 m` (по умолчанию)

Средняя глубина всех поверхностных дефектов на внутренней поверхности трубы, что влияет на потерю давления в турбулентном режиме потока.

`Laminar flow upper Reynolds number limit` - число Рейнольдса, выше которого поток начинает переходить от ламинарного к турбулентному
`2000` (по умолчанию)

Число Рейнольдса, выше которого поток начинает переходить от ламинарного к турбулентному. Это число равно максимальному числу Рейнольдса, соответствующему полностью развитому ламинарному потоку.

`Turbulent flow lower Reynolds number limit` - число Рейнольдса, ниже которого поток начинает переходить от турбулентного к ламинарному
`4000` (по умолчанию)

Число Рейнольдса, ниже которого поток начинает переходить от турбулентного к ламинарному. Это число равно минимальному числу Рейнольдса, соответствующему полностью развитому турбулентному потоку.

`Shape factor for laminar flow viscous friction` - Влияние геометрии трубы на потери вязкого трения
`64` (по умолчанию)

Безразмерный коэффициент, который кодирует влияние геометрии поперечного сечения трубы на потери вязкого трения в режиме ламинарного потока. Типичными значениями являются 64 для круглого поперечного сечения, 57 для квадратного поперечного сечения, 62 для прямоугольного поперечного сечения с отношением сторон 2 и 96 для тонкого кольцевого поперечного сечения [1].

`Nusselt number for laminar flow heat transfer` - Соотношение конвективной и проводящей теплопередачи
`3.66` (по умолчанию)

Соотношение конвективной и проводящей теплопередачи в ламинарном режиме потока. Его значение зависит от геометрии поперечного сечения трубы и температурных граничных условий стенки трубы, таких как постоянная температура или постоянный тепловой поток. Типичное значение - 3,66, для круглого сечения с постоянной температурой стенки [2].

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 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.

Пневматический привод с влажностью

Как можно использовать компоненты влажного воздуха библиотеки Simscape™ Foundation для моделирования пневматического привода, работающего во влажной среде. Направленный клапан представляет собой подсистему, состоящую из четырех блоков переменного локального ограничения (MA), а привод двойного действия представляет собой подсистему, состоящую из двух блоков поступательного механического преобразователя (MA) в противоположной механической ориентации.

Ссылки

[1] Уайт, Ф. М., Механика жидкости. 7-е изд., раздел 6.8. Макгроу-Хилл, 2011.

[2] Cengel, Y. A., Тепло и массообмен - практический подход. 3-е изд., раздел 8.5. Макгроу-Хилл, 2007.

Документация

Труба (MA)

Описание

Массовый и энергетический баланс

Баланс импульса

Конвективная теплопередача

Насыщение и конденсация

Подавленный поток

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 или выход влажный воздух

B - Вход или выход влажный воздух

H - Температура стенки трубы тепловой

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

Зависимости

Параметры

Главный

Pipe length - Длина трубы 5 m (по умолчанию)

Cross-sectional area - Внутренняя зона трубы 0.01 m^2 (по умолчанию)

Hydraulic diameter - диаметр эквивалентной цилиндрической трубы с одинаковой площадью поперечного сечения; 0.1 m (по умолчанию)

Трение и теплопередача

Aggregate equivalent length of local resistances - Суммарная длина всех локальных сопротивлений, имеющихся в трубе 0.1 m (по умолчанию)

Internal surface absolute roughness - Средняя глубина всех поверхностных дефектов на внутренней поверхности трубы 15e-6 m (по умолчанию)

Laminar flow upper Reynolds number limit - число Рейнольдса, выше которого поток начинает переходить от ламинарного к турбулентному 2000 (по умолчанию)

Turbulent flow lower Reynolds number limit - число Рейнольдса, ниже которого поток начинает переходить от турбулентного к ламинарному 4000 (по умолчанию)

Shape factor for laminar flow viscous friction - Влияние геометрии трубы на потери вязкого трения 64 (по умолчанию)

Nusselt number for laminar flow heat transfer - Соотношение конвективной и проводящей теплопередачи 3.66 (по умолчанию)

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 контроля окружающей среды самолета

Медицинский аппарат искусственной вентиляции легких с моделью легких

Пневматический привод с влажностью

Ссылки

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 или выход
влажный воздух

`B` - Вход или выход
влажный воздух

`H` - Температура стенки трубы
тепловой

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

`Pipe length` - Длина трубы
`5 m` (по умолчанию)

`Cross-sectional area` - Внутренняя зона трубы
`0.01 m^2` (по умолчанию)

`Hydraulic diameter` - диаметр эквивалентной цилиндрической трубы с одинаковой площадью поперечного сечения;
`0.1 m` (по умолчанию)

`Aggregate equivalent length of local resistances` - Суммарная длина всех локальных сопротивлений, имеющихся в трубе
`0.1 m` (по умолчанию)

`Internal surface absolute roughness` - Средняя глубина всех поверхностных дефектов на внутренней поверхности трубы
`15e-6 m` (по умолчанию)

`Laminar flow upper Reynolds number limit` - число Рейнольдса, выше которого поток начинает переходить от ламинарного к турбулентному
`2000` (по умолчанию)

`Turbulent flow lower Reynolds number limit` - число Рейнольдса, ниже которого поток начинает переходить от турбулентного к ламинарному
`4000` (по умолчанию)

`Shape factor for laminar flow viscous friction` - Влияние геометрии трубы на потери вязкого трения
`64` (по умолчанию)

`Nusselt number for laminar flow heat transfer` - Соотношение конвективной и проводящей теплопередачи
`3.66` (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™