Pipe (MA)

管道体积中潮湿空气的净消耗量等于:

,

,

,

,

哪里

水蒸汽质量守恒方程将水蒸汽的质量流量与潮湿空气内部体积中湿度水平的动态关系:

.

同样，杂质气体质量守恒方程将杂质气体的质量流量与潮湿空气内部体积中杂质气体水平的动力学相关联。:

.

混合物质量守恒方程将混合物的质量流量与潮湿空气内部体积的压力、温度和质量分数的动态关系。:

.

最后，能量守恒方程将能耗与潮湿空气内部体积的压力、温度和质量分数的动态关系。:

.

状态方程将混合物的密度与压力和温度相关联:

.

混合物的通用气体常数为:

.

每半管道的动量平衡模拟了由于气流动量和粘性摩擦引起的压降:

,

,

哪里

粘性摩擦引起的压力损失 和 它们取决于流动状态。 每半管道的雷诺数定义为:

,

,

哪里

如果雷诺数小于参数值 Laminar flow upper Reynolds number limit，流动处于层流模式。 如果雷诺数大于参数的极限值 Turbulent flow lower Reynolds number limit，则电流处于湍流模式。

在层流状态下，由于粘性摩擦引起的压力损失为:

,

,

哪里

在湍流状态下，由于粘性摩擦引起的压力损失为:

,

,

哪里

达西系数由Haaland相关性计算:

,

,

哪里 -参数值 Internal surface absolute roughness.

当雷诺数介于层流雷诺数上限和湍流雷诺数下限参数值之间时，流动处于层流和湍流模式之间的过渡状态。 瞬态模式下由于粘性摩擦引起的压力损失遵循层流模式下的损失与湍流模式下的损失之间的平滑关系。

通过*H*口与管壁的热交换通过能量守恒方程与内部节点表示的气体的能量相加。 因此，端口*A*和内节点之间以及端口*B*和内节点之间的每半管道的脉冲平衡被认为是绝热过程。 绝热关系:

,

,

哪里 -端口*A*、端口*B*或内部节点*I*处的比焓，如下标所示。

管壁与内部气体体积之间的对流传热方程:

,

哪里 -管道表面积, .

如果壁面上没有冷凝形成，假设沿管道呈指数温度分布，则对流传热为:

,

哪里

传热系数 取决于Nusselt号码:

,

哪里 -在平均温度下计算的导热系数。

努塞尔特数取决于流量状态。 层流模式下的Nusselt数是恒定的，等于参数的值 Nusselt number for laminar flow heat transfer. 湍流状态下的努塞尔特数由Gnelinsky方程计算:

,

哪里 -在平均温度下计算的Prandtl数。

平均雷诺数为:

,

哪里 -动态粘度，在平均温度下估计。

当平均雷诺数在用于层流的雷诺数上限和用于湍流的雷诺数下限的参数的值之间时，Nusselt数对应于用于层流和湍流的Nusselt数的值之间的平滑过渡。

本节中的方程考虑了冷凝，冷凝发生在潮湿空气的体积饱和时。

当潮湿空气的体积达到饱和时，可能会形成冷凝。 饱和时的比湿度为:

,

哪里

冷凝消耗等于:

,

哪里 -参数值 Condensation time constant.

冷凝水从潮湿空气的体积中减去，如质量守恒方程所示。 与冷凝水相关的能量是:

,

哪里 -比蒸发焓，估计为 .

水分和杂质气体量变化的参数相互关联如下:

,

,

,

,

.

包含内部体积的液体（例如腔室、换能器等）的潮湿空气单元模拟了当该体积的液体完全被水蒸气饱和时，即在100％相对湿度下，水蒸气的冷凝。 然而，水蒸气也可以冷凝在冷表面上，即使空气体积作为一个整体还没有达到饱和。 在块中建模这种效果的可能性 *Pipe (MA)*重要因为许多HVAC系统包含管道和管道。 如果这些管道和管道绝缘不良，它们的表面可能会冷却，并且会在壁面上形成冷凝。 请注意，这种效果并不能取代潮湿空气体积达到100％相对湿度时发生的冷凝，这两种效果可以同时发生。

要模拟冷凝对与大量潮湿空气接触的管道冷表面的影响，请选中此框 Condensation on wall surface. 在这种情况下，对流传热方程必须同时考虑可见热和潜热，并且该单元具有计算表面水蒸气冷凝率的附加方程。

如果复选框 *Condensation on wall surface*安装，那么组合对流传热等于:

,

哪里

该方程类似于对流传热方程，但温差已被混合物焓差所取代。 由于混合物的焓既取决于温度又取决于潮湿空气的组成，因此混合物焓的差异既考虑了温度的变化又考虑了水分含量的变化。 该装置可捕获显式和隐藏的热效应。 在计算传热系数时，方程中与指数和相关性有关的部分与以前相同，因为模型是根据热交换和质量交换之间的类比推导出来的。

为了简化推导，方程使用单位质量干燥空气和杂质气体的混合物的焓，而不是单位质量混合物的焓，因为干燥空气和杂质气体的量在水蒸气冷凝期间不 为了使方程保持一致，混合物的焓差乘以干燥空气和杂质气体的质量流量。

入口处干燥空气和杂质气体的单位质量的混合物的焓为:

,

哪里

壁处干燥空气和杂质气体的单位质量的混合物的焓值为:

,

哪里

功能 在前面的等式中，提供干热和湿热传递之间的切换:

*当壁温高于露点时, 因此，不发生冷凝，并且单元仅输出温度差。 .

*当壁温低于露点时, 因此，发生冷凝并且 显示温度和湿度的差异。

水蒸汽在壁面上的冷凝速率等于:

.

该方程类似于对流传热的组合方程，因为在壁上冷凝的水蒸气量与从潮湿空气到管壁的对流传质相同。 方程的指数分量也是相同的，因为热交换和质量交换之间使用了类比。

与在管壁上冷凝的水相关的能量等于:

,

哪里 -壁温下的蒸发焓。

管壁和潮湿空气之间的对流热交换的显着部分是:

.

这个方程有一个加号，因为 冷却潮湿空气时为负。 因此，添加 ，这是一个正值，消除了传热的隐藏部分。

块然后使用此值。 在第一个对流传热方程中，用于计算端口*H*处的传热。

端口*A*或*B*处亚音速电流中的压力等于相应变量的值:

,

.

然而，动量平衡方程中使用的可变端口压力, 和 ，不一定匹配变量中的压力 和 因为管道出口在速度方面可以到达声障。 当出口压力足够低时，就会出现声障。 此时，流速仅取决于入口处的条件。 因此，当达到声障时，出口压力（ 或 ，取决于输出是什么）不能进一步降低，即使压力在下游，由 或 ，继续下降。

声屏障可以存在于管道的出口处，但不存在于入口处。 因此，如果端口*A*是进气口，则 . 如果端口*A*是出口，则:

同样，如果端口*B*是进气口，则 . 如果端口*B*是出口，则:

假设出口速度等于声速，则开口*A*和*B*中的声障处的压力由脉冲平衡确定:

,

.

*管壁绝对刚性。 *流程充分开发。 摩擦损失和传热不包括输入效应。 *重力的影响可以忽略不计。 *空气惯性可以忽略不计。 *本机不模拟超音速流动。 *壁冷凝方程基于热传递和传质之间的类比，因此，只有在路易斯数时才有效 接近1。

使用参数组 *Initial Targets*在建模之前为块参数变量设置优先级和初始目标值。 有关详细信息，请参阅 使用目标值配置物理块.