Constant Volume Chamber (MA)

Ёмкость с фиксированным объемом сырого воздуха и переменным количеством портов

Библиотека:
Simscape/Библиотека фундаментов/Сырой воздух/Элементы

Описание

Блок Constant Volume Chamber (MA) моделирует массу и накопление энергии во влажной воздушной сети. В ёмкость содержится постоянный объем сырого воздуха. Он может иметь от одного до четырех входных отверстий. Корпус может обмениваться массой и энергией с соединенной сырой воздушной сетью и обмениваться теплом с окружением, позволяя его внутреннему давлению и температуре развиваться с течением времени. Давление и температура развиваются на основе сжимаемости и теплоемкости объема сырого воздуха. Жидкая вода конденсируется из объема сырого воздуха, когда она достигает насыщения.

В блочных уравнениях используются эти символы. Индексы a, w, и g указать свойства сухого воздуха, водяного пара и прослеживаемого газа, соответственно. Подстрочный ws указывает водяной пар при насыщении. Индексы A, B, C, D, H, и S указать соответствующий порт. Подстрочный I указывает свойства внутреннего объема сырого воздуха.

$\dot{m}$	Массовый расход жидкости
Φ	Энергетическая скорость потока жидкости
Q	Тепловая скорость потока жидкости
p	Давление
ρ	Плотность
R	Удельная газовая константа
V	Объем сырого воздуха внутри ёмкости
c v	Удельное тепло при постоянном объеме
h	Специфическая энтальпия
u	Удельная внутренняя энергия
x	Массовая доля (x w - удельная влажность, что является другим термином для массовой фракции водяного пара)
y	Мольная дробь
φ	Относительная влажность
r	Коэффициент влажности
T	Температура
t	Время

Чистые скорости потока жидкости в объем сырого воздуха внутри ёмкости

$\begin{array}{l} {\dot{m}}_{n e t} = {\dot{m}}_{A} + {\dot{m}}_{B} + {\dot{m}}_{C} + {\dot{m}}_{D} - {\dot{m}}_{c o n d e n s e} + {\dot{m}}_{w S} + {\dot{m}}_{g S} \\ Φ_{n e t} = Φ_{A} + Φ_{B} + Φ_{C} + Φ_{D} + Q_{H} - Φ_{c o n d e n s e} + Φ_{S} \\ {\dot{m}}_{w, n e t} = {\dot{m}}_{w A} + {\dot{m}}_{w B} + {\dot{m}}_{w C} + {\dot{m}}_{w D} - {\dot{m}}_{c o n d e n s e} + {\dot{m}}_{w S} \\ {\dot{m}}_{g, n e t} = {\dot{m}}_{g A} + {\dot{m}}_{g B} + {\dot{m}}_{g C} + {\dot{m}}_{g D} + {\dot{m}}_{g S} \end{array}$

где:

$\dot{m}$ _{конденсация} - это скорость конденсации.
Φ _{конденсация} - это скорость потерь энергии от конденсированной воды.
Φ S - это скорость энергии, добавляемой источниками влаги и следового газа . ${\dot{m}}_{w S}$ и ${\dot{m}}_{g S}$ - массовые расходы жидкости воды и газа, соответственно, через порт S. Значения ${\dot{m}}_{w S}$ , ${\dot{m}}_{g S}$ , и Φ S определяются источниками влаги и следового газа, соединенными с портом S ёмкости, или соответствующими значениями параметров на вкладке Moisture and Trace Gas .

Если порт не отображается, условия с индексом, соответствующим имени порта, равны 0.

Сохранение массы водяного пара относится к массовому расходу жидкости водяного пара с динамикой уровня влаги во внутреннем объеме сырого воздуха:

$\frac{d x_{w I}}{d t} ρ_{I} V + x_{w I} {\dot{m}}_{n e t} = {\dot{m}}_{w, n e t}$

Точно так же сохранение массы следового газа связывает массовый расход жидкости следового газа с динамикой уровня следового газа во внутреннем объеме сырого воздуха:

$\frac{d x_{g I}}{d t} ρ_{I} V + x_{g I} {\dot{m}}_{n e t} = {\dot{m}}_{g, n e t}$

Сохранение массы смеси относится к массовому расходу жидкости динамике давления, температуры и массовой доли внутреннего объема сырого воздуха:

$(\frac{1}{p_{I}} \frac{d p_{I}}{d t} - \frac{1}{T_{I}} \frac{d T_{I}}{d t}) ρ_{I} V + \frac{R_{a} - R_{w}}{R_{I}} ({\dot{m}}_{w, n e t} - x_{w} {\dot{m}}_{n e t}) + \frac{R_{a} - R_{g}}{R_{I}} ({\dot{m}}_{g, n e t} - x_{g} {\dot{m}}_{n e t}) = {\dot{m}}_{n e t}$

Наконец, энергосбережение связывает энергетическую скорость потока жидкости с динамикой давления, температуры и массовой доли внутреннего объема сырого воздуха:

$ρ_{I} c_{v I} V \frac{d T_{I}}{d t} + (u_{w I} - u_{a I}) ({\dot{m}}_{w, n e t} - x_{w} {\dot{m}}_{n e t}) + (u_{g I} - u_{a I}) ({\dot{m}}_{g, n e t} - x_{g} {\dot{m}}_{n e t}) + u_{I} {\dot{m}}_{n e t} = Φ_{n e t}$

Уравнение состояния связывает плотность смеси с давлением и температурой:

$p_{I} = ρ_{I} R_{I} T_{I}$

Удельная газовая константа смеси

$R_{I} = x_{a I} R_{a} + x_{w I} R_{w} + x_{g I} R_{g}$

Сопротивление потоку и тепловое сопротивление не моделируются в ёмкости:

$\begin{array}{l} p_{A} = p_{B} = p_{C} = p_{D} = p_{I} \\ T_{H} = T_{I} \end{array}$

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

$x_{w s I} = φ_{w s} \frac{R_{I}}{R_{w}} \frac{p_{w s I}}{p_{I}}$

где:

φ _ws - относительная влажность при насыщении (обычно 1).
p _wsI является давлением насыщения водяного пара, оцениваемым в _T I.

Скорость конденсации составляет

${\dot{m}}_{c o n d e n s e} = {\begin{array}{l} 0, & если x_{w I} \leq x_{w s I} \\ \frac{x_{w I} - x_{w s I}}{τ_{c o n d e n s e}} ρ_{I} V, & если x_{w I} > x_{w s I} \end{array}$

где τ _condense - это значение параметра Condensation time constant.

Конденсированная вода вычитается из объема сырого воздуха, как показано в уравнениях сохранения. Энергия, связанная с конденсированной водой,

$Φ_{c o n d e n s e} = {\dot{m}}_{c o n d e n s e} (h_{w I} - Δ h_{v a p I})$

где Δh _vapI - специфическая энтальпия испарения, оцениваемая в _T I.

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

$\begin{array}{l} φ_{w I} = \frac{y_{w I} p_{I}}{p_{w s I}} \\ y_{w I} = \frac{x_{w I} R_{w}}{R_{I}} \\ r_{w I} = \frac{x_{w I}}{1 - x_{w I}} \\ y_{g I} = \frac{x_{g I} R_{g}}{R_{I}} \\ x_{a I} + x_{w I} + x_{g I} = 1 \end{array}$

Переменные

Чтобы задать приоритет и начальные целевые значения для основных переменных до симуляции, используйте вкладку Variables в диалоговом окне блока (или раздел Variables в Property Inspector блоков). Для получения дополнительной информации смотрите Задать приоритет и Начальную цель для основных переменных и Начальные условия для блоков с конечным объемом влажного воздуха.

Допущения и ограничения

Ёмкости совершенно жесткие.
Сопротивление потоку между входным отверстием ёмкости и объемом сырого воздуха не моделируется. Соедините блок Local Restriction (MA) или блок Flow Resistance (MA) с портом A для моделирования падения давления, связанного с входным отверстием.
Тепловое сопротивление между портом H и объемом сырого воздуха не моделируется. Используйте Thermal библиотечных блоков, чтобы смоделировать тепловые сопротивления между влажной воздушной смесью и окружением, включая любые термальные эффекты ёмкости стенки.

Порты

Выход

расширить все

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

Выходной порт физического сигнала, который измеряет скорость конденсации в ёмкости.

`F` - Векторный физический сигнал, содержащий данные о давлении, температуре, влажности и трассировке уровня газа
вектор физического сигнала

Выходной порт физического сигнала, который выводит сигнал вектора. Вектор содержит давление (в Pa), температуру (в K), уровень влаги и проследить измерения уровня газа внутри компонента. Используйте блок Measurement Selector (MA), чтобы распаковать этот векторный сигнал.

Сохранение

расширить все

`A` - Вход в ёмкость
сырой воздух

Порт сохранения сырого воздуха сопоставлен с входным отверстием ёмкости.

`B` - Вход в ёмкость
сырой воздух

Порт для сохранения сырого воздуха, сопоставленный с входным отверстием второй ёмкости.

Зависимости

Этот порт видим, если установить параметр Number of ports равным 2, 3, или 4.

`C` - Вход в ёмкость
сырой воздух

Порт для сохранения сырого воздуха, сопоставленный с входным отверстием третьей ёмкости.

Зависимости

Этот порт видим, если установить параметр Number of ports равным 3 или 4.

`D` - Вход в ёмкость
сырой воздух

Порт для сохранения сырого воздуха, сопоставленный с входным отверстием четвертой ёмкости. Если у ёмкости четыре порта входного отверстия, можно использовать его как соединение в кросс-соединении.

Зависимости

Этот порт видим, только если вы задаете значение параметра Number of ports 4.

`H` - Температура внутри ёмкости
тепловой

Тепловой порт сопоставлен с температурой воздушной смеси внутри ёмкости.

`S` - Впрыскивать или извлекать влагу и проследить газ
источник сырого воздуха

Подключите этот порт к S портов блока из библиотеки «Источники влаги и прослеживания газа», чтобы добавить или удалить влагу и проследить газ. Для получения дополнительной информации см. Использование источников влаги и прослеживания газа.

Зависимости

Этот порт видим, только если вы задаете значение параметра Moisture and trace gas source Controlled.

Параметры

расширить все

Главный

`Chamber volume` - Объем сырого воздуха в ёмкости
`0.001 m^3` (по умолчанию)

Объем сырого воздуха в ёмкости. Ёмкость жесткая, и поэтому ее объем постоянен во время симуляции. Ёмкость в любое время полностью заполнена влажным воздухом.

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

Количество входных портов в ёмкости. Ёмкость может иметь от одного до четырех портов, маркированных от A до D. При изменении значения параметров соответствующие порты открываются или скрываются в значке блока.

`Cross-sectional area at port A` - Площадь, нормальная к пути потока во входном отверстии ёмкости
`0.01 m^2` (по умолчанию)

Площадь поперечного сечения входного отверстия ёмкости в порту A в направлении, перпендикулярном пути воздушного потока.

`Cross-sectional area at port B` - Площадь, нормальная к пути потока во входном отверстии ёмкости
`0.01 m^2` (по умолчанию)

Площадь поперечного сечения входного отверстия ёмкости в порту B в направлении, перпендикулярном пути воздушного потока.

Зависимости

Включен, когда B порта видна, то есть, когда параметр Number of ports установлен в 2, 3, или 4.

`Cross-sectional area at port C` - Площадь, нормальная к пути потока во входном отверстии ёмкости
`0.01 m^2` (по умолчанию)

Площадь поперечного сечения входного отверстия ёмкости в порту C в направлении, перпендикулярном пути воздушного потока.

Зависимости

Включен, когда C порта видна, то есть, когда параметр Number of ports установлен в 3 или 4.

`Cross-sectional area at port D` - Площадь, нормальная к пути потока во входном отверстии ёмкости
`0.01 m^2` (по умолчанию)

Площадь поперечного сечения входного отверстия ёмкости в порту D в направлении, перпендикулярном пути воздушного потока.

Зависимости

Включен, когда D порта видна, то есть, когда параметр Number of ports установлен в 4.

Влага и прослеживание газа

`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 объем перенасыщенного сырого воздуха возвращается к насыщению путем конденсации избыточной влаги.

`Moisture and trace gas source` - Моделируйте уровень влаги и прослеживайте уровень газа
`None` (по умолчанию) | `Constant` | `Controlled`

Этот параметр контролирует видимость портовых S и предоставляет следующие опции для моделирования уровня влаги и прослеживания газа внутри компонента:

None - Никакая влага или следовой газ не впрыскивается или не извлекается из блока. Порт S скрыт. Это значение по умолчанию.
Constant - Влага и следовой газ впрыскиваются в блок или извлекаются из него с постоянной скоростью. Те же параметры, что и в блоках Moisture Source (MA) и Trace Gas Source (MA), становятся доступными в Moisture and Trace Gas разделе интерфейса блока. Порт S скрыт.
Controlled - Влага и следовой газ впрыскиваются в блок или извлекаются из него с изменяющейся во времени скоростью. Порт S доступен. Соедините Controlled Moisture Source (MA) и Controlled Trace Gas Source (MA) блоки с этим портом.

`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 у жидкой воды.
Liquid Энтальпия добавленной или удаленной влаги соответствует энтальпии жидкой воды, которая меньше, чем у водяного пара.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Moisture and trace gas source задано значение Constant.

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

Водяной пар массового расхода жидкости через блок. Положительное значение добавляет влагу в связанный объем сырого воздуха. Отрицательное значение извлекает влагу из этого объема.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Moisture and trace gas source задано значение Constant.

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

Выберите метод спецификации температуры влаги:

Atmospheric temperature - Используйте температуру атмосферы, заданную блоком Moist Air Properties (MA), соединенным с цепью.
Specified temperature - Задайте значение при помощи параметра Temperature of added moisture.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Moisture and trace gas source задано значение Constant.

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

Введите желаемую температуру добавленной влаги. Эта температура остается постоянной во время симуляции. Блок использует это значение, чтобы оценить специфическую энтальпию только добавленной влаги. Специфическая энтальпия удаляемой влаги основана на температуре связанного объема сырого воздуха.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Added moisture temperature specification задано значение Specified temperature.

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

Проследите массовый расход жидкости газа через блок. Положительное значение добавляет следовой газ в связанный объем сырого воздуха. Отрицательное значение извлекает следовой газ из этого объема.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Moisture and trace gas source задано значение Constant.

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

Выберите метод спецификации для температуры прослеживаемого газа:

Atmospheric temperature - Используйте температуру атмосферы, заданную блоком Moist Air Properties (MA), соединенным с цепью.
Specified temperature - Задайте значение при помощи параметра Temperature of added trace gas.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Moisture and trace gas source задано значение Constant.

`Temperature of added trace gas` - Проследить температуру газа
`293.15 K` (по умолчанию)

Введите желаемую температуру добавляемого следового газа. Эта температура остается постоянной во время симуляции. Блок использует это значение, чтобы оценить специфическую энтальпию только добавленного следового газа. Специфическая энтальпия удаленного следового газа основана на температуре связанного объема сырого воздуха.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Added trace gas temperature specification задано значение Specified temperature.

Примеры моделей

Система ОВКВ транспортного средства

Моделирует поток сырого воздуха в системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ) транспортного средства. Кабина транспортного средства представлена в виде объема сырого воздуха, обменивающегося теплом с внешним окружением. Сырой воздух течет через рециркуляционную заслонку, воздуходувку, испаритель, дверь смеси и нагреватель перед возвращением в кабину. Рециркуляционный клапан выбирает расход из кабины или из внешнего окружения. Дверца смесителя отводит поток вокруг нагревателя, чтобы контролировать температуру.

Система управления окружающей средой самолета

Моделирует систему управления окружающей средой (ECS) самолета, которая регулирует давление, температуру, влажность и озон (O3) для поддержания комфортного и безопасного окружения кабины. Охлаждение и осушение обеспечиваются машиной воздушного цикла (АЧМ), которая работает как обратный цикл Брайтона для отвода тепла от нагнетаемого под давлением горячего воздуха двигателя. Некоторый горячий стравливаемый воздух смешивается непосредственно с выходом ACM, чтобы настроить температуру. Давление поддерживается выходным клапаном в кабине. Эта модель моделирует ECS, работающую от условия земли до холодного крейсерского условия и обратно до холодного условия земли.

Медицинский вентилятор с моделью легких

Моделирует систему медицинской ИВЛ положительного давления. Пациенту подаётся заданная скорость потока жидкости. Легкие моделируются с помощью Поступательного Механического Конвертера (MA), который преобразует давление сырого воздуха в поступательное движение. Путем установки площади поперечного сечения Интерфейса в единицу, перемещение в механической поступательной сети становится прокси для объема, сила становится прокси для давления коэффициента упругости становится прокси для дыхательной эластичности, и коэффициент демпфирования становится прокси для сопротивления дыхания.

Документация

Constant Volume Chamber (MA)

Описание

Переменные

Допущения и ограничения

Порты

Выход

W - Скорость измерения конденсации, кг/с физический сигнал

F - Векторный физический сигнал, содержащий данные о давлении, температуре, влажности и трассировке уровня газа вектор физического сигнала

Сохранение

A - Вход в ёмкость сырой воздух

B - Вход в ёмкость сырой воздух

Зависимости

C - Вход в ёмкость сырой воздух

Зависимости

D - Вход в ёмкость сырой воздух

Зависимости

H - Температура внутри ёмкости тепловой

S - Впрыскивать или извлекать влагу и проследить газ источник сырого воздуха

Зависимости

Параметры

Главный

Chamber volume - Объем сырого воздуха в ёмкости 0.001 m^3 (по умолчанию)

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

Cross-sectional area at port A - Площадь, нормальная к пути потока во входном отверстии ёмкости 0.01 m^2 (по умолчанию)

Cross-sectional area at port B - Площадь, нормальная к пути потока во входном отверстии ёмкости 0.01 m^2 (по умолчанию)

Зависимости

Cross-sectional area at port C - Площадь, нормальная к пути потока во входном отверстии ёмкости 0.01 m^2 (по умолчанию)

Зависимости

Cross-sectional area at port D - Площадь, нормальная к пути потока во входном отверстии ёмкости 0.01 m^2 (по умолчанию)

Зависимости

Влага и прослеживание газа

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 - Моделируйте уровень влаги и прослеживайте уровень газа 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 жидкости через блок 0 kg/s (по умолчанию)

Зависимости

Added moisture temperature specification - Выберите метод спецификации для температуры добавляемой 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 жидкости через блок 0 kg/s (по умолчанию)

Зависимости

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

Зависимости

Temperature of added trace gas - Проследить температуру газа 293.15 K (по умолчанию)

Зависимости

Примеры моделей

Система ОВКВ транспортного средства

Система управления окружающей средой самолета

Медицинский вентилятор с моделью легких

Расширенные возможности

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

См. также

Темы

Документация Simscape

Поддержка

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

`F` - Векторный физический сигнал, содержащий данные о давлении, температуре, влажности и трассировке уровня газа
вектор физического сигнала

`A` - Вход в ёмкость
сырой воздух

`B` - Вход в ёмкость
сырой воздух

`C` - Вход в ёмкость
сырой воздух

`D` - Вход в ёмкость
сырой воздух

`H` - Температура внутри ёмкости
тепловой

`S` - Впрыскивать или извлекать влагу и проследить газ
источник сырого воздуха

`Chamber volume` - Объем сырого воздуха в ёмкости
`0.001 m^3` (по умолчанию)

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

`Cross-sectional area at port A` - Площадь, нормальная к пути потока во входном отверстии ёмкости
`0.01 m^2` (по умолчанию)

`Cross-sectional area at port B` - Площадь, нормальная к пути потока во входном отверстии ёмкости
`0.01 m^2` (по умолчанию)

`Cross-sectional area at port C` - Площадь, нормальная к пути потока во входном отверстии ёмкости
`0.01 m^2` (по умолчанию)

`Cross-sectional area at port D` - Площадь, нормальная к пути потока во входном отверстии ёмкости
`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` - Моделируйте уровень влаги и прослеживайте уровень газа
`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 жидкости через блок
`0 kg/s` (по умолчанию)

`Added moisture temperature specification` - Выберите метод спецификации для температуры добавляемой 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 жидкости через блок
`0 kg/s` (по умолчанию)

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

`Temperature of added trace gas` - Проследить температуру газа
`293.15 K` (по умолчанию)

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