Tank (G-TL)

Герметичный бак с переменными объемами газа и тепловой жидкости

  • Библиотека:
  • Simscape/Жидкости/Интерфейсы Гидравлической сети/Емкости и аккумуляторы

  • Tank (G-TL) block

Описание

Блок Tank (G-TL) моделирует накопление массы и энергии в ёмкости с отдельными объемами газа и тепловой жидкости. Общий объем жидкости фиксирован, но отдельные объемы газа и тепловой жидкости свободно изменяются. Два газовых порта допускают поток газа и переменное количество тепловых гидравлических портов, в диапазоне от одного до трех, допускают поток тепловой жидкости. Тепловые гидравлические порты могут быть на разных повышениях.

Бака входных отверстий и высот входных отверстий (y)

Давление в бак не фиксируется. Он изменяется во время симуляции с давлением в объеме газа. Он повышается, когда давление объема газа увеличивается и падает, когда давление объема газа падает. Объем тепловой жидкости принимается равновесным с объемом газа, и поэтому его давление совпадает с давлением газа.

Объемы жидкости могут обмениваться энергией с другими компонентами жидкости и с окружением, но не друг с другом. Объемы жидкости ведут себя так, как если бы они были изолированы друг от друга изолированной мембраной. Энергетические обмены с другими компонентами происходят через газ или тепловые гидравлические порты, в то время как обмены с окружением происходят, строго в виде тепла, через тепловые порты.

Используйте этот блок для компонентов модели, такие как дренажные баки, в которых вода, конденсированная из системы сжатого газа, поглощается в нижней части под действием силы тяжести и вытесняется через дренажное отверстие. Обратите внимание, однако, что ни газ, ни тепловая жидкость не областей захватывать эффекты изменения фазы - и поэтому этот блок не может захватывать эффекты конденсации.

Варианты входного отверстия

Количество тепловых гидравлических портов зависит от варианта блока, который активен. Чтобы просмотреть или изменить активный вариант, щелкните правой кнопкой мыши блок и выберите Simscape > Block Choices. The One inlet вариант предоставляет тепловой гидравлический порт A2, Two inlets вариант добавляет порт B2, и Three inlets вариант добавляет порт C2.

Объемы жидкости

Общий объем бака равен сумме объемов газа и тепловой жидкости, которые в нем содержатся:

VT=VL+VG,

где V - объем, а T, L и G - общее, жидкое и газовое. Поскольку общий объем фиксирован, скорость изменения объема газа должна быть противоположной скорости, измеренной для объема тепловой жидкости:

V˙G=V˙L.

Скорость изменения объема тепловой жидкости вычисляется путем дифференцирования выражения:

ML=ρLVL,

где M - масса, а ρ - плотность. Дифференциация дает массовый расход жидкости в объем тепловой жидкости:

M˙L=VLρ˙L+V˙LρL,

Скорость изменения плотности тепловой жидкости:

ρ˙L=ρLβLp˙LαLρLT˙L,

где:

  • β - изотермический модуль объемной упругости.

  • ɑ - изобарный коэффициент теплового расширения.

  • p - давление жидкости.

  • T - температура жидкости.

Реорганизации дают скорость изменения объема тепловой жидкости и, кроме того, объема газа:

V˙G=V˙LVL(p˙LβLαLT˙L)M˙LρL

Баланс массы

Скорость накопления массы в каждом объеме жидкости равна чистому массовому расходу жидкости в этом объеме жидкости. В объеме тепловой жидкости:

M˙L=i=A2, B2, C2m˙i,

где M L - скорость накопления массы в объеме тепловой жидкости иm˙i являются ли отдельные массовые расходы жидкости жидкости в этот объем через тепловые гидравлические порты (A2, B2 и C2 в случае Three inlets вариант). Скорость накопления массы содержит вклады от давления, температуры и изменения объема:

M˙L=VL(ρLβLp˙GαLρLT˙L)+V˙LρL,

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

M˙G=i=A1, B1m˙i,

где M G - скорость накопления массы в объеме газа иm˙i - индивидуальные массовые расходы жидкости в этот объем через газовые порты (A2 и B2). Как и в случае объема тепловой жидкости, скорость накопления массы содержит вклады от давления, температуры и изменения объема:

M˙G=dMdp|Gp˙G+dMdT|GT˙G+V˙GρG,

где производные давления и температуры зависят от типа газа, заданного в блоке Gas Properties (G). Производные определены в разделе уравнений блока Translational Mechanical Converter (G) страницы с описанием. Замена V G на выражение, ранее полученное для этой переменной и объединение двух выражений для M G:

dMdp|Gp˙G+dMdT|GT˙G+[VL(p˙GβLαLT˙L)M˙LρL]ρG=i=A1, B1m˙i.

Реорганизации дают окончательное выражение баланса массы в объеме газа:

p˙G(dMdp|G+ρGVLβL)+(T˙GdMdT|GT˙LρGVLαL)=i=A1, B1m˙i+ρGρLi=A2, B2, C2m˙i,

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

Энергетический баланс

Скорость накопления энергии в каждом объеме жидкости является суммой энергии, скорости потока жидкости через входные отверстия жидкости, скорости потока жидкости теплы через соответствующий тепловой порт и скорость потока жидкости энергии из-за изменения объема. Для объема газа:

p˙G(dUdp|G+ρGhGVLβL)+(T˙GdUdT|GT˙LρGhGVLαL)=QH1+i=A1, B1ϕi+ρGρLhGi=A2, B2, C2m˙i,

где:

  • U - общая энергия объема жидкости.

  • h - жидкая энтальпия.

  • Q - тепловая скорость потока жидкости через тепловой порт.

  • ϕ i - это скорости потока энергии через входные отверстия жидкости.

Как и прежде, производные давления и температуры зависят от типа газа, заданного в блоке Gas Properties (G). Смотрите раздел уравнений Translational Mechanical Converter (G) блока страницы с описанием для их определений. Для объема тепловой жидкости:

p˙LdUdp|L+T˙LdUdT|L=QH2+i=A2, B2, C2ϕi+i=A2, B2, C2m˙g(y(i)y)hLi=A2, B2, C2m˙i,

где производная давления:

dUdp|L=TLαLVL,

и производная по температуре является:

dUdT|L=cp,LρLVL,

в котором c p - изобарное удельное тепло тепловой жидкости внутри бака.

Баланс импульса

Сопротивление потоку из-за трения или других причин игнорируется в обоих объемах жидкости. Эффект повышения на давление входного отверстия также игнорируется, но только со стороны газа. Поэтому давления на входе газа равно друг другу и внутреннему давлению объема газа:

pA1=pB1=pG.

Каждое из давлений на входе тепловой жидкости определяется глубиной входного отверстия. Внутреннее давление объема тепловой жидкости равно давлению объема газа (p L = p G). Включая динамические давления (p i, dyn) на входных отверстиях:

pi+pi,dyn=pG+ρL(yyi)g,

где y - повышение поверхности тепловой жидкости, y i - повышение входного отверстия тепловой жидкости, и g - ускорение свободного падения. Термин (y - y i) дает глубину входного отверстия тепловой жидкости относительно контура газ-тепловая жидкость. Динамическое давление в каждом отверстии тепловой жидкости зависит от направления потока в этом отверстии:

pi,dyn={12ρivi2,если m˙i<00,если m˙i0

Порты

Выход

расширить все

Выходной порт физического сигнала, выводит значение объема тепловой жидкости в баке.

Выходной порт физического сигнала, выводит значение высоты объема тепловой жидкости относительно дна бака.

Сохранение

расширить все

Открытие, посредством которого газ может вытекать внутрь или из бака.

Открытие, посредством которого газ может вытекать внутрь или из бака.

Открытие, посредством которого тепловая жидкость может вытекать внутрь или из бака.

Открытие, посредством которого тепловая жидкость может вытекать внутрь или из бака.

Зависимости

Этот порт активен, когда для варианта блока задано значение Two inlets или Three inlets. Варианты блока можно изменить из контекстно-зависимого меню блоков. Щелкните правой кнопкой мыши блок, чтобы открыть меню и выбрать Simscape > Block choices.

Открытие, посредством которого тепловая жидкость может вытекать внутрь или из бака.

Зависимости

Этот порт активен, когда для варианта блока задано значение Three inlets. Варианты блока можно изменить из контекстно-зависимого меню блоков. Щелкните правой кнопкой мыши блок, чтобы открыть меню и выбрать Simscape > Block choices.

Параметры

расширить все

Вкладка « параметры»

Совокупный объем газовых и тепловых фрагментов бака.

Выбор параметризации для объема тепловой жидкости. Выберите Tabulated data — volume vs. level вычислить объем тепловой жидкости путем интерполяции или экстраполяции табличных данных.

Площадь поперечного сечения бака, принятая постоянной в допустимой области значений уровня жидкости. Блок использует этот параметр, чтобы вычислить объем тепловой жидкости в баке.

Вектор уровня тепловой жидкости, при котором можно задать объем тепловой жидкости в баке. Блок использует этот вектор, чтобы создать одностороннюю интерполяционную таблицу для объема тепловой жидкости как функции от уровня тепловой жидкости.

Зависимости

Этот параметр активен, когда параметр Tank volume parameterization установлен в Tabulated data - volume vs. level.

Вектор объемов тепловой жидкости, соответствующих значениям, заданным в параметре Liquid level vector. Блок использует этот вектор, чтобы создать одностороннюю интерполяционную таблицу для объема тепловой жидкости как функции от уровня тепловой жидкости.

Зависимости

Этот параметр активен, когда параметр Tank volume parameterization установлен в Tabulated data - volume vs. level.

Высота входного отверстия тепловой жидкости.

Зависимости

Этот параметр активен, когда для варианта блока задано значение One inlet.

Вектор высот тепловых гидравлических портов относительно дна бака.

Зависимости

Этот параметр активен, когда для варианта блока задано значение Two inlets.

Вектор высот тепловых гидравлических портов относительно дна бака.

Зависимости

Этот параметр активен, когда для варианта блока задано значение Three inlets.

Вектор с площадями потока входных отверстий газа.

Площадь потока входного отверстия тепловой жидкости.

Зависимости

Этот параметр активен, когда для варианта блока задано значение One inlet.

Площади потока входных отверстий тепловой жидкости.

Зависимости

Этот параметр активен, когда для варианта блока задано значение Two inlets.

Площади потока входных отверстий тепловой жидкости.

Зависимости

Этот параметр активен, когда для варианта блока задано значение Three inlets.

Значение ускорения свободного падения на высоте бака. Эта константа принята постоянной по высоте бака.

Вкладка Переменные

Давление объема газа в начальном моменте времени. Simscape™ программное обеспечение использует этот параметр, чтобы направить начальное строение компонента и модели. Начальные переменные, которые конфликтуют друг с другом или несовместимы с моделью, могут быть проигнорированы. Установите значение столбца Priority High для приоритизации этой переменной по сравнению с другими, низкоприоритетными, переменными.

Температура объема газа в начальном моменте времени. Программное обеспечение Simscape использует этот параметр, чтобы направить начальное строение компонента и модели. Начальные переменные, которые конфликтуют друг с другом или несовместимы с моделью, могут быть проигнорированы. Установите значение столбца Priority High для приоритизации этой переменной по сравнению с другими, низкоприоритетными, переменными.

Плотность объема газа в начальном моменте времени. Программное обеспечение Simscape использует этот параметр, чтобы направить начальное строение компонента и модели. Начальные переменные, которые конфликтуют друг с другом или несовместимы с моделью, могут быть проигнорированы. Установите значение столбца Priority High для приоритизации этой переменной по сравнению с другими, низкоприоритетными, переменными.

Температура объема тепловой жидкости в начальном моменте времени. Программное обеспечение Simscape использует этот параметр, чтобы направить начальное строение компонента и модели. Начальные переменные, которые конфликтуют друг с другом или несовместимы с моделью, могут быть проигнорированы. Установите значение столбца Priority High для приоритизации этой переменной по сравнению с другими, низкоприоритетными, переменными.

Высота объема жидкости в баке на начальный момент времени. Программное обеспечение Simscape использует этот параметр, чтобы направить начальное строение компонента и модели. Начальные переменные, которые конфликтуют друг с другом или несовместимы с моделью, могут быть проигнорированы. Установите значение столбца Priority High для приоритизации этой переменной по сравнению с другими, низкоприоритетными, переменными.

Объем тепловой жидкости в баке в начальный момент времени. Программное обеспечение Simscape использует этот параметр, чтобы направить начальное строение компонента и модели. Начальные переменные, которые конфликтуют друг с другом или несовместимы с моделью, могут быть проигнорированы. Установите значение столбца Priority High для приоритизации этой переменной по сравнению с другими, низкоприоритетными, переменными.

Масса тепловой жидкости в баке в начальном моменте времени. Программное обеспечение Simscape использует этот параметр, чтобы направить начальное строение компонента и модели. Начальные переменные, которые конфликтуют друг с другом или несовместимы с моделью, могут быть проигнорированы. Установите значение столбца Priority High для приоритизации этой переменной по сравнению с другими, низкоприоритетными, переменными.

Примеры моделей

EV Battery Cooling System

Система охлаждения аккумуляторной батареи EV

В этой демонстрации показана система охлаждения аккумулятора Electric Vehicle (EV). Блоки батарей расположены поверх холодной пластины, которая состоит из охлаждающих каналов для направления потока охлаждающей жидкости ниже батарей. Тепло, поглощаемое охлаждающей жидкостью, транспортируется в Нагревательно-Охлаждающую Установку. Модуль отопления-охлаждения состоит из трех ветвей для переключения рабочих режимов для охлаждения и нагрева батареи. Нагреватель представляет собой электрический нагреватель для быстрого нагрева батарей в условиях низкой температуры. Излучатель использует воздушное охлаждение и/или отопление, когда батареи работают стабильно. Система хладагента используется для охлаждения перегретых батарей. Цикл охлаждения представлен количеством теплового потока, извлеченного из охлаждающей жидкости. Система моделируется либо FTP-75 цикле привода, либо в сценариях быстрой зарядки с различными температурами окружение.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

.

См. также

|

Введенный в R2017b