Tank (TL)

Емкость тепловой жидкости с переменным объемом жидкости

Библиотека:
Simscape/Жидкости/Тепловая жидкость/Емкости и аккумуляторы

Описание

Блок Tank (TL) моделирует контейнер тепловой жидкости с переменным объемом жидкости. Абсолютное давление объема жидкости в баке принято постоянным и равным значению, заданному в диалоговом окне блока. В частном случае, когда давление в баке равно атмосферному давлению, блок представляет собой вентиляционную емкость.

Бак может обмениваться энергией с окружающей ее средой, позволяя ее внутренней температуре и давлению развиваться с течением времени. Теплопередача происходит через конвекцию, когда жидкость входит или выходит из ёмкости, и проводимость, когда тепловая энергия течет через стенки бака и саму жидкость у входных отверстий бака.

Схема бака

Бак имеет одно входное отверстие по умолчанию, обозначенное A, и два необязательных входных отверстия, обозначенных B и C. Давление во входных отверстиях бака является суммой постоянного давления в баке, заданной в диалоговом окне блока, и гидростатического давления, обусловленного высотой входного отверстия.

Чтобы использовать дополнительные входные отверстия бака, щелкните правой кнопкой мыши блок и выберите Simscape > Block choices. Затем выберите Two inlets для добавления порта B или Three inlets для добавления портов B и C. Порт А всегда доступен.

Модель бака учитывает теплопередачу через стенку бака, связанную с тепловым портом H. Температура, заданная в этом порту, является температурой объема жидкости бака.

Объем бака

Объем жидкости в баке вычисляется из общей массы жидкости на каждом временном шаге:

$V = \frac{m}{ρ},$

где:

V - объем жидкости в баке.
m - масса жидкости бака.
ρ - плотность жидкости в баке.

Баланс массы

Уравнение сохранения массы в объеме жидкости бака

$\dot{m} = {\dot{m}}_{A},$

где:

$\dot{m}$ - сетевой массовый расход жидкости в бак.
${\dot{m}}_{A}$ массовый расход жидкости в объем бака через входное отверстие A.

Баланс импульса

Уравнение сохранения импульса в объеме жидкости бака

$p_{A} + p_{d y n} = p_{R e f} + ρ g (y - y_{A}),$

где:

p A - давление жидкости на входе A.
p _Ref является постоянным давлением в баке.
p _dyn является динамическим давлением:

$p_{d y n} = {\begin{array}{l} 0, & {\dot{m}}_{A} \geq 0 \\ \frac{{\dot{m}}_{A}^{2}}{2 ρ_{A} S_{A}^{2}}, & {\dot{m}}_{A} < 0 \end{array}$
ρ A - плотность жидкости в порту A.
S A является площадью входного отверстия в баке.
g - ускорение свободного падения.
y - уровень или высота бака относительно дна резервуара.
y A - высота входа в емкость относительно дна резервуара.

Энергетический баланс

Уравнение энергосбережения в объеме жидкости бака

$m (C_{p} - h α) \dot{T} = ϕ_{A} - {\dot{m}}_{A} h + Q,$

где:

C p - теплоемкость жидкости.
α - жидкостный изобарический модуль объемной упругости.
T - температура жидкости.
Φ A - это расход энергии в бак через порт A.
h - жидкая энтальпия.
Q - тепловая энергия, скорость потока жидкости в бак через порт H.

Допущения и ограничения

Давление в баке постоянное и равномерное по всему объему бака. Повышение высоты бака влияет только на расчеты давления на входе.
Импульс жидкости падает во входном отверстии емкости из-за внезапного расширения в объем бака.

Порты

A - Порт терможидкости, представляющий входное отверстие А баки
B - Порт терможидкости, представляющий дополнительное входное отверстие бака B
C - порт терможидкости, представляющий дополнительное входное отверстие бака C
H - Тепловой порт, представляющий теплопередачу через стенку бака
V - Выходной порт физического сигнала для измерения объема жидкости в баке
L - Выходной порт физического сигнала для измерения уровня жидкости в баке
T - Выходной порт физического сигнала для измерения температуры жидкости в баке

Параметры

Вкладка « параметры»

Pressurization specification

Тип давления в баке. Выберите Atmospheric pressure для моделирования вентиляционного бака. Выберите Specified pressure для моделирования бака при пользовательском постоянном давлении.

Tank pressurization

Абсолютное давление в баке. Этот параметр видим, только когда параметр Pressurization specification установлен в Specified pressure. Значение по умолчанию, соответствующее атмосферному давлению, является 0.101325 МПа.

Maximum tank capacity

Объем жидкости в баке в полностью заполненном состоянии. Значение по умолчанию 10 м ^ 3.

Tank volume parameterization

Параметризация для вычисления объема тепловой жидкости как функции от уровня в баке. Настройкой по умолчанию является Constant cross-sectional area.

Выберите Constant cross-sectional area установить объем тепловой жидкости равным продукту уровня бака и площади поперечного сечения. Выберите Tabulated data — Volume vs. level непосредственно задать объем тепловой жидкости как функцию от уровня бака, например, смоделировать бак произвольной геометрии.

Tank cross-sectional area

Площадь поперечного сечения для вычисления объема жидкости в баке. Эта площадь принята равномерной по высоте бака. Этот параметр видим, только когда параметр Pressurization specification установлен в Specified pressure. Значение по умолчанию 1 м ^ 2.

Liquid level vector

Вектор уровней в баке, при котором можно задать объем тепловой жидкости. Уровень в баке является высотой тепловой жидкости относительно дна резервуара. Блок использует этот вектор, чтобы создать интерполяционную таблицу 1-D уровня объема.

Этот параметр видим, только когда параметр Pressurization specification установлен в Tabulated data — Volume vs. level. Вектор по умолчанию [0.0,3.0,5.0].

Liquid volume vector

Вектор объемов тепловой жидкости, соответствующих значениям, заданным в параметре Liquid level vector. Блок использует этот вектор, чтобы создать интерполяционную таблицу 1-D уровня объема.

Этот параметр видим, только когда параметр Pressurization specification установлен в Tabulated data — Volume vs. level. Вектор по умолчанию [0.0,4.0,6.0]

Inlet height

Высота входа в емкость для вычислений повышения уровня. Если необязательные порты открыты, этот параметр является вектором с высотами входов. Значение по умолчанию 0.1 м.

Inlet cross-sectional area

Площадь поперечного сечения входных отверстий бака. Если необязательные порты открыты, этот параметр является вектором с площадями поперечного сечения входного отверстия. Значение по умолчанию 0.01 м ^ 2.

Gravitational acceleration

Ускорение свободного падения, константа для вычислений повышения уровня. Значение по умолчанию 9.81 м/с ^ 2.

Вкладка Переменные

Liquid level: Высота объема тепловой жидкости в аккумуляторе в начале симуляции. Значение по умолчанию 5 м.
Volume of liquid: Объем тепловой жидкости в аккумуляторе в начале симуляции. Значение по умолчанию 5 м ^ 3.
Mass of liquid: Масса тепловой жидкости в аккумуляторе в начале симуляции. Значение по умолчанию 5e+3 кг.
Temperature of liquid volume: Температура в ёмкости тепловой жидкости в начале симуляции. Значение по умолчанию 293.15 K.

Примеры моделей

Система охлаждения Engine

Моделируйте систему охлаждения двигателя с контуром охлаждения масла, используя блоки Simscape™ Fluids™ Thermal Liquid. Система включает контур хладагента и контур охлаждения масла. Насос постоянной производительности управляет хладагентом через контур охлаждения. Основной фрагмент тепла от двигателя поглощается охлаждающей средой и рассеивается через излучателя. Температура системы регулируется термостатом, который отводит поток на излучателя только тогда, когда температура выше порога. Контур охлаждения масла также поглощает часть тепла от двигателя. Тепло, добавляемое к маслу, передается хладагенту теплообменником масло-хладагент. Излучатель является блоком E-NTU Теплообменник (TL) с потоком на воздушной стороне, управляемым входами физического сигнала. Теплообменник с охлаждающим маслом является блоком E-NTU (TL-TL). И насос хладагента, и масляный насос приводятся в действие частотой скорости вращения двигателя.

Aircraft Fuel Supply System with Three Tanks

Система подачи авиационного топлива с тремя баками

Система подачи топлива, представленная в примере, состоит из трех баков и двигателя. Баки соединяются топливными линиями, и перепад давления в линии топлива зависит от угла крена самолета или относительного повышения концов топливных линий. Центральное дно резервуара повышено на 36 относительно базовой плоскости, которая протягивается горизонтально через точку входа двигателя. Донья резервуара повышены на 4,2 в каждом под нулевым углом крена.

Photovoltaic Thermal (PV/T) Hybrid Solar Panel

Фотоэлектрическая тепловая (PV/T) гибридная солнечная панель

Моделируйте когенерацию электрической степени и тепла с помощью гибридной солнечной панели PV/T. Сгенерированное тепло передается в воду для бытового потребления.

Документация

Tank (TL)