Pipe (MA)

Жесткий трубопровод для потока сырого воздуха

Библиотека:
Simscape/Библиотека фундаментов/Сырой воздух/Элементы

Описание

Блок Pipe (MA) моделирует динамику потока трубопровода во влажной воздушной сети из-за вязких потерь на трение и конвективной теплопередачи со стенкой трубопровода. Трубопровод содержит постоянный объем сырого воздуха. Давление и температура развиваются исходя из сжимаемости и теплоемкости этого объема сырого воздуха. Жидкая вода конденсируется из объема сырого воздуха, когда она достигает насыщения. Дроссельный поток происходит, когда выход достигает звукового условия.

Внимание

Поток воздуха через этот блок может дросселироваться. Если блок Mass Flow Rate Source (MA) или блок Controlled Mass Flow Rate Source (MA), соединенный с блоком Pipe (MA), задает большой массовый расход жидкости, чем возможный подавленный массовый расход жидкости, симуляция генерирует ошибку. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Подавленный поток».

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, 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 в трубопроводе
c v	Удельное тепло при постоянном объеме
c p	Удельное тепло при постоянном давлении
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

Массовый и энергетический баланс

Чистые скорости потока жидкости в объем сырого воздуха внутри трубопровода

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

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 < reservedrangesplaceholder0 > трубопровода.

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

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

Баланс импульса

Баланс импульса для каждой половины трубопровода моделирует перепад давления из-за потока импульса и вязкого трения:

$\begin{array}{l} p_{A} - p_{I} = {(\frac{{\dot{m}}_{A}}{S})}^{2} \cdot (\frac{T_{I}}{p_{I}} - \frac{T_{A}}{p_{A}}) R_{I} + Δ p_{A I} \\ p_{B} - p_{I} = {(\frac{{\dot{m}}_{B}}{S})}^{2} \cdot (\frac{T_{I}}{p_{I}} - \frac{T_{B}}{p_{B}}) R_{I} + Δ p_{B I} \end{array}$

где:

p - давление в порте A, порте B или внутреннем узле I, как обозначено нижним индексом.
ρ - плотность порта A, порта B или внутреннего узла I, как обозначено нижним индексом.
S - площадь поперечного сечения трубопровода.
Δp _AI и Δp BI - падения давления из-за вязкого трения.

Падения давления из-за вязкого трения, Δp _AI и Δp BI, зависят от режима течения. Числа Рейнольдса для каждой половины трубопровода заданы как:

$\begin{array}{l} {Re}_{A} = \frac{| {\dot{m}}_{A} | \cdot D_{h}}{S \cdot μ_{I}} \\ {Re}_{B} = \frac{| {\dot{m}}_{B} | \cdot D_{h}}{S \cdot μ_{I}} \end{array}$

где:

D h - гидравлический диаметр трубопровода .
μ I является динамической вязкостью во внутреннем узле.

Если число Рейнольдса меньше значения параметра Laminar flow upper Reynolds number limit, то поток находится в ламинарном режиме течения жидкости. Если число Рейнольдса больше значения параметра Turbulent flow lower Reynolds number limit, то поток находится в турбулентном режиме течения.

В ламинарном режиме течения жидкости падения давления из-за вязкого трения:

$\begin{array}{l} Δ p_{A I_{l a m}} = f_{s h a p e} \frac{{\dot{m}}_{A} \cdot μ_{I}}{2 ρ_{I} \cdot D_{h}^{2} \cdot S} \cdot \frac{L + L_{e q v}}{2} \\ Δ p_{B I_{l a m}} = f_{s h a p e} \frac{{\dot{m}}_{B} \cdot μ_{I}}{2 ρ_{I} \cdot D_{h}^{2} \cdot S} \cdot \frac{L + L_{e q v}}{2} \end{array}$

где:

f _форма является значением параметра Shape factor for laminar flow viscous friction.
L _eqv является значением параметра Aggregate equivalent length of local resistances.

В турбулентном режиме течения падения давления из-за вязкого трения:

$\begin{array}{l} Δ p_{A I_{t u r}} = f_{D a r c y_{A}} \frac{{\dot{m}}_{A} \cdot | {\dot{m}}_{A} |}{2 ρ_{I} \cdot D_{h} \cdot S^{2}} \cdot \frac{L + L_{e q v}}{2} \\ Δ p_{B I_{t u r}} = f_{D a r c y_{B}} \frac{{\dot{m}}_{B} \cdot | {\dot{m}}_{B} |}{2 ρ_{I} \cdot D_{h} \cdot S^{2}} \cdot \frac{L + L_{e q v}}{2} \end{array}$

где f _Darcy - коэффициент трения Дарси в порту A или B, как обозначено нижним индексом.

Коэффициенты трения Дарси вычисляются из корреляции Haaland:

$\begin{array}{l} f_{D a r c y_{A}} = {[- 1.8 \log (\frac{6.9}{{Re}_{A}} + {(\frac{ε_{r o u g h}}{3.7 D_{h}})}^{1.11})]}^{- 2} \\ f_{D a r c y_{B}} = {[- 1.8 \log (\frac{6.9}{{Re}_{B}} + {(\frac{ε_{r o u g h}}{3.7 D_{h}})}^{1.11})]}^{- 2} \end{array}$

где ε _rough - это значение параметра Internal surface absolute roughness.

Когда число Рейнольдса находится между значениями параметров Laminar flow upper Reynolds number limit и Turbulent flow lower Reynolds number limit, поток находится на переходном этапе между ламинарным течением и турбулентным потоком. Падения давления из-за вязкого трения во время переходной области следуют за плавной связью между таковыми в ламинарном режиме течения жидкости и таковыми в турбулентном режиме течения.

Теплообмен со стенкой трубопровода через порт H добавляется к энергии объема сырого воздуха, представленного внутренним узлом, посредством уравнения энергосбережения (см. «Масса и энергетический баланс»). Поэтому балансы импульса для каждой половины трубопровода, между портом A и внутренним узлом и между портом B и внутренним узлом, приняты адиабатическими процессами. Адиабатические зависимости:

$\begin{array}{l} h_{A} - h_{I} = {(\frac{R_{I} {\dot{m}}_{A}}{S})}^{2} [{(\frac{T_{I}}{p_{I}})}^{2} - {(\frac{T_{A}}{p_{A}})}^{2}] \\ h_{B} - h_{I} = {(\frac{R_{I} {\dot{m}}_{B}}{S})}^{2} [{(\frac{T_{I}}{p_{I}})}^{2} - {(\frac{T_{B}}{p_{B}})}^{2}] \end{array}$

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

Конвективная теплопередача

Уравнение конвективной теплопередачи между стенкой трубопровода и внутренним объемом сырого воздуха является:

$Q_{H} = Q_{c o n v} + \frac{k_{I} S_{s u r f}}{D_{h}} (T_{H} - T_{I})$

S _surf - площадь поверхности трубопровода, _{S surf} = 4 S L/ D h. Принимая экспоненциальное распределение температуры по трубопроводу, конвективная теплопередача

$Q_{c o n v} = | {\dot{m}}_{a v g} | c_{p_{a v g}} (T_{H} - T_{i n}) (1 - e^{\frac{h_{c o e f f} S_{s u r f}}{| {\dot{m}}_{a v g} | c_{p_{a v g}}}})$

где:

T - температура на входе в зависимости от направления потока.
${\dot{m}}_{a v g} = ({\dot{m}}_{A} - {\dot{m}}_{B}) / 2$ - средний массовый расход жидкости от порта A до порта B.
$c_{p_{a v g}}$ - удельное тепло, оцениваемое при средней температуре.

Коэффициент теплопередачи, h _{коэффициент}, зависит от числа Нуссельта:

$h_{c o e f f} = N u \frac{k_{a v g}}{D_{h}}$

где k _avg - теплопроводность, оцениваемая при средней температуре. Число Нуссельта зависит от режима течения. Число Нуссельта в ламинарном режиме течения жидкости постоянно и равно значению параметра Nusselt number for laminar flow heat transfer. Число Нуссельта в турбулентном режиме течения вычисляется из корреляции Гнилинского:

$N u_{t u r} = \frac{\frac{f_{D a r c y}}{8} ({Re}_{a v g} - 1000) \Pr_{a v g}}{1 + 12.7 \sqrt{\frac{f_{D a r c y}}{8}} (\Pr_{a v g}^{2 / 3} - 1)}$

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

${Re}_{a v g} = \frac{| {\dot{m}}_{a v g} | D_{h}}{S μ_{a v g}}$

где μ _avg - динамическая вязкость, оцениваемая при средней температуре. Когда среднее число Рейнольдса находится между Laminar flow upper Reynolds number limit и Turbulent flow lower Reynolds number limit значениями параметров, число Нуссельта следует плавному переходу между ламинарным и турбулентным значениями числа Нуссельта.

Насыщение и конденсация

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:

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

Дроссельный поток

Отмененное давление в порту A или B является значением соответствующей переменной Across в этом порту:

$\begin{array}{l} p_{A_{u n c h o k e d}} = A .p \\ p_{B_{u n c h o k e d}} = B .p \end{array}$

Однако переменные давления в порте, используемые в уравнениях баланса импульса, p A и _p B, не обязательно совпадают с давлением между переменными A.p и B.p потому что выход трубопровода может дросселироваться. Дроссельный поток происходит, когда давление ниже по потоку достаточно низкое. На этой точке поток зависит только от условий на входном отверстии. Поэтому при дросселировании давление на выходе (p A или _p B, в зависимости от того, что является выходным отверстием) не может уменьшаться дальше, даже если давление ниже по потоку, представленное A.p или B.p, продолжает уменьшаться.

Дросселирование может происходить на выходе трубопровода, но не на входе трубопровода. Поэтому, если порт A является входным отверстием, то p A = A.p. Если port A является выходным отверстием, то

$p_{A} = {\begin{array}{l} A . p, & если A . p \geq p_{A_{c h o k e d}} \\ p_{A_{c h o k e d}}, & если A . p < p_{A_{c h o k e d}} \end{array}$

Точно так же, если порт B является входным отверстием, то p B = B.p. Если port B является выходным отверстием, то

$p_{B} = {\begin{array}{l} B . p, & если B . p \geq p_{B_{c h o k e d}} \\ p_{B_{c h o k e d}}, & если B . p < p_{B_{c h o k e d}} \end{array}$

Подавленные давления в портах A и B получают из баланса импульса, принимая, что скорость выхода равна скорости звука:

$\begin{array}{l} p_{A_{c h o k e d}} - p_{I} = p_{A_{c h o k e d}} (\frac{p_{A_{c h o k e d}} T_{I}}{p_{I} T_{A}} - 1) \frac{c_{p_{A}}}{c_{v_{I}}} + Δ p_{A I} \\ p_{B_{c h o k e d}} - p_{I} = p_{B_{c h o k e d}} (\frac{p_{B_{c h o k e d}} T_{I}}{p_{I} T_{B}} - 1) \frac{c_{p_{B}}}{c_{v_{I}}} + Δ p_{B I} \end{array}$

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

Стенки трубопровода идеально жесткие.
Поток полностью развит. Потери на трение и теплопередача не включают входные эффекты.
Эффект тяжести незначителен.
Инерция жидкости незначительна.
Этот блок не моделирует сверхзвуковой поток.

Порты

Выход

расширить все

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

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

`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 или выход
сырой воздух

Порт сохранения сырого воздуха сопоставлен с входным или выходным отверстием трубопровода. Этот блок не имеет внутренней направленности.

`B` - Вход или выход
сырой воздух

`H` - Температура стенки трубопровода
тепловой

Тепловой порт сопоставлен с температурой стенки трубопровода. Блок включает конвективную теплопередачу между влажной воздушной смесью внутри трубопровода и стенкой трубопровода.

`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

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

Длина трубопровода по направлению потока.

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

Внутренняя область трубопровода, перпендикулярная направлению потока.

`Hydraulic diameter` - Диаметр эквивалентного цилиндрического трубопровода с той же площадью поперечного сечения
`0.1 m` (по умолчанию)

Диаметр эквивалентного цилиндрического трубопровода с той же площадью поперечного сечения.

Трение и теплопередача

`Aggregate equivalent length of local resistances` - Комбинированная длина всех локальных сопротивлений, присутствующих в трубопроводе
`0.1 m` (по умолчанию)

Комбинированная длина всех локальных сопротивлений, присутствующих в трубопроводе. Локальные сопротивления включают повороты, подборы кривой, якоря, а также входные и выходные отверстия трубопровода. Эффект локальных сопротивлений состоит в увеличении эффективной длины сегмента трубопровода. Эта длина добавляется к геометрической длине трубопровода только для вычисления трения. Объем сырого воздуха зависит только от геометрической длины трубопровода, заданной параметром Pipe length.

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

Средняя глубина всех поверхностных дефектов на внутренней поверхности трубопровода, что влияет на падение давления в турбулентном режиме течения.

`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 переход от ламинарного к турбулентному. Это число равняется максимальному значению числа Рейнольдса, соответствующему полностью развитому ламинарному течению.

`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 равняется минимальному числу Рейнольдса, соответствующему полностью развивающемуся турбулентному потоку.

`Shape factor for laminar flow viscous friction` - Эффект геометрии трубопровода на вязкие потери на трение
`64` (по умолчанию)

Безразмерный коэффициент, который кодирует эффект геометрии поперечного сечения трубопровода на вязкие потери на трение в ламинарном режиме течения жидкости. Типичными значениями являются 64 для круглого сечения, 57 для квадратного сечения, 62 для прямоугольного сечения с соотношением сторон 2 и 96 для тонкого кольцевого сечения [1].

`Nusselt number for laminar flow heat transfer` - Отношение конвективного к проводящему теплопередаче
`3.66` (по умолчанию)

Отношение конвективного к проводящему теплопередаче в ламинарном режиме течения жидкости. Его значение зависит от геометрии поперечного сечения трубопровода и тепловых граничных условий стенки трубопровода, таких как постоянная температура или постоянный тепловой поток. Типичное значение 3,66 для круглого сечения с постоянной температурой стенки [2].

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 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.

Пневматический Привод с влажностью

Как Библиотека Simscape™ Foundation Library может использоваться для моделирования пневматического привода, работающего во влажном окружении. Направленный Клапан является подсистемой, состоящей из четырех блоков Переменного Локального Ограничения (MA), а Привод Двойного Действия является подсистемой, состоящей из двух блоков Поступательного Механического Конвертера (MA) в противоположной механической ориентации.

Ссылки

[1] Белый, F. M., Механика Жидкости. 7th Ed, раздел 6.8. Макгроу-Хилл, 2011.

[2] Cengel, Y. A., Теплопередача и массопередача - практический подход. 3-е Изд., Раздел 8.5. Макгроу-Хилл, 2007.

Документация

Pipe (MA)

Описание

Массовый и энергетический баланс

Баланс импульса

Конвективная теплопередача

Насыщение и конденсация

Дроссельный поток

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 или выход сырой воздух

B - Вход или выход сырой воздух

H - Температура стенки трубопровода тепловой

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

Зависимости

Параметры

Главный

Pipe length - Длина трубопровода 5 m (по умолчанию)

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

Hydraulic diameter - Диаметр эквивалентного цилиндрического трубопровода с той же площадью поперечного сечения 0.1 m (по умолчанию)

Трение и теплопередача

Aggregate equivalent length of local resistances - Комбинированная длина всех локальных сопротивлений, присутствующих в трубопроводе 0.1 m (по умолчанию)

Internal surface absolute roughness - Средняя глубина всех поверхностных дефектов на внутренней поверхности трубопровода 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 - Эффект геометрии трубопровода на вязкие потери на трение 64 (по умолчанию)

Nusselt number for laminar flow heat transfer - Отношение конвективного к проводящему теплопередаче 3.66 (по умолчанию)

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 управления окружающей средой самолета

Медицинский вентилятор с моделью легких

Пневматический Привод с влажностью

Ссылки

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 или выход
сырой воздух

`B` - Вход или выход
сырой воздух

`H` - Температура стенки трубопровода
тепловой

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

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

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

`Hydraulic diameter` - Диаметр эквивалентного цилиндрического трубопровода с той же площадью поперечного сечения
`0.1 m` (по умолчанию)

`Aggregate equivalent length of local resistances` - Комбинированная длина всех локальных сопротивлений, присутствующих в трубопроводе
`0.1 m` (по умолчанию)

`Internal surface absolute roughness` - Средняя глубина всех поверхностных дефектов на внутренней поверхности трубопровода
`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` - Эффект геометрии трубопровода на вязкие потери на трение
`64` (по умолчанию)

`Nusselt number for laminar flow heat transfer` - Отношение конвективного к проводящему теплопередаче
`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` - 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 ®