Constant Volume Chamber (MA)

Емкость фиксированного объема с переменным числом портов влажного воздуха.

Тип: AcausalFoundation.MoistAir.Elements.ConstantVolumeChamber

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Fundamental/Moist Air/Elements/Constant Volume Chamber (MA)

Описание

Блок Constant Volume Chamber (MA) моделирует накопление массы и энергии в сети влажного воздуха. В емкости находится постоянный объем влажного воздуха. Емкость может обмениваться массой и энергией с подключенной сетью влажного воздуха и обмениваться теплом с окружающей средой, позволяя внутреннему давлению и температуре изменяться с течением времени. Давление и температура изменяются в зависимости от сжимаемости и теплоемкости объема влажного воздуха. Вода конденсируется из объема влажного воздуха при достижении насыщения.

Сохранение массы

В уравнениях блока используются следующие обозначения:

— массовый расход;
— расход энергии;
— расход тепла;
— давление;
— плотность;
— универсальная газовая постоянная;
— объем влажного воздуха внутри камеры;
— удельная теплота при постоянном объеме;
— удельная энтальпия;
— удельная внутренняя энергия;
— массовая доля ( — удельная влажность, которая по-другому называется массовой долей водяного пара);
— молярная доля;
— относительная влажность;
— коэффициент влажности;
— температура;
— время.

Подстрочные индексы:

— свойства сухого воздуха, водяного пара и примесного газа соответственно;
— водяной пар при насыщении;
— соответствующий порт;
— свойства внутреннего объема влажного воздуха.

Чистые расходы влажного воздуха в емкости составляют:

где

— массовый расход конденсации;
— расход потери энергии конденсата;
— расход добавления энергии источниками влаги и примесного газа;
— массовые расходы воды и примесного газа через порт S соответственно.

Значения и определяются источниками влаги и примесного газа, подключенными к порту S камеры, или значениями соответствующих параметров.

Если порты не используется, то члены уравнения с подстрочным индексом, соответствующим названию порта, равны 0.

Уравнение сохранения массы водяного пара связывает массовый расход водяного пара с динамикой уровня влажности во внутреннем объеме влажного воздуха:

Аналогично, уравнение сохранения массы примесного газа связывает массовый расход примесного газа с динамикой уровня примесного газа во внутреннем объеме влажного воздуха:

Уравнение сохранения массы смеси связывает массовый расход смеси с динамикой изменения давления, температуры и массовых долей внутреннего объема влажного воздуха:

Наконец, уравнение сохранения энергии связывает расход энергии с динамикой изменения давления, температуры и массовых долей внутреннего объема влажного воздуха:

Уравнение состояния связывает плотность смеси с давлением и температурой:

Универсальная газовая постоянная смеси равна:

Сопротивление потоку и термическое сопротивление в камере не моделируются:

Когда объем влажного воздуха достигает насыщения, может произойти конденсация влаги. Удельная влажность при насыщении составляет

где

— относительная влажность воздуха при насыщении (обычно );
— давление насыщения водяного пара, оцененное при температуре .

Массовый расход конденсации составляет:

где — значение параметра Condensation time constant.

Конденсат вычитается из объема влажного воздуха, как показано в уравнениях сохранения. Энергия, связанная с конденсатом, равна:

где — удельная энтальпия парообразования, оцененная при температуре .

Другие параметры измерения влаги и примесного газа связаны между собой следующими зависимостями:

Допущения и ограничения

Стенки камеры абсолютно жесткие.
Между портами A, B, C, D и внутренней частью камеры отсутствует сопротивление потоку. Для моделирования сопротивления потоку на входах в камеру, используйте блоки Variable Local Restriction (MA) и Flow Resistance (MA).
Между портом H и внутренней частью камеры нет теплового сопротивления. Используйте блоки термической библиотеки для моделирования теплового сопротивления между смесью влажного воздуха и окружающей средой, включая любые тепловые эффекты стенки камеры.

Порты

Ненаправленные

# A — вход в емкость
влажный воздух

Details

Порт влажного воздуха, соответствующий входу в емкость.

Имя для программного использования

port_a

# H — температура внутри емкости
тепло

Details

Тепловой порт, связанный с температурой влажного воздуха внутри емкости.

Имя для программного использования

thermal_port

# S — добавление или удаление влаги и примесного газа
влажный воздух

Details

Порт источника влажного воздуха. Подключите этот порт к порту S блока с конечным объемом влажного воздуха, чтобы добавлять или удалять влагу и примесный газ.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Moisture and trace gas source значение Controlled.

Имя для программного использования

source_port

# B — вход в емкость
влажный воздух

Details

Порт влажного воздуха, соответствующий второму входу в емкость.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Number of ports значение 2, 3 или 4.

Имя для программного использования

port_b

# C — вход в емкость
влажный воздух

Details

Порт влажного воздуха, соответствующий третьему входу в емкость.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Number of ports значение 3 или 4.

Имя для программного использования

port_c

# D — вход в емкость
влажный воздух

Details

Порт влажного воздуха, соответствующий четвертому входу в емкость.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Number of ports значение 4.

Имя для программного использования

port_d

Выход

# W — массовый расход конденсации, кг/с
скаляр

Details

Выходной порт сигнала, измеряющего массовый расход конденсации в камере.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

# F — векторный сигнал, содержащий данные о давлении, температуре, влажности и уровне примесных газов
вектор

Details

Выходной порт, который выдает векторный сигнал. Вектор содержит результаты измерений давления, температуры, уровня влажности и уровня примесного газа внутри компонента. Для распаковки этого векторного сигнала используйте блок Measurement Selector (MA).

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Параметры

Основные

# Chamber volume — объем влажного воздуха в емкости
l | gal | igal | m^3 | cm^3 | ft^3 | in^3 | km^3 | mi^3 | mm^3 | um^3 | yd^3 | N*m/Pa | N*m/bar | lbf*ft/psi | ft*lbf/psi

Details

Объем влажного воздуха в емкости. Емкость жесткая, поэтому ее объем остается постоянным во время моделирования. Предполагается, что камера всегда полностью заполнена влажным воздухом.

Единицы измерения	`l` \| `gal` \| `igal` \| `m^3` \| `cm^3` \| `ft^3` \| `in^3` \| `km^3` \| `mi^3` \| `mm^3` \| `um^3` \| `yd^3` \| `Nm/Pa` \| `Nm/bar` \| `lbfft/psi` \| `ftlbf/psi`
Значение по умолчанию	`0.001 m^3`
Имя для программного использования	`volume`
Вычисляемый	Да

# Number of ports — количество входных портов в емкости
1 | 2 | 3 | 4

Details

Количество входных портов в камеру. Камера может иметь от одного до четырех портов, промаркированных от A до D. Когда вы изменяете значение параметра, соответствующие порты отображаются или скрываются в отображении блока.

Значения	`1` \| `2` \| `3` \| `4`
Значение по умолчанию	`1`
Имя для программного использования	`port_count`
Вычисляемый	Нет

# Cross-sectional area at port A — площадь по нормали к пути потока на входе в емкость
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Details

Площадь поперечного сечения входа в емкость на порту А в направлении, нормальном к пути потока влажного воздуха.

Единицы измерения	`m^2` \| `cm^2` \| `ft^2` \| `in^2` \| `km^2` \| `mi^2` \| `mm^2` \| `um^2` \| `yd^2`
Значение по умолчанию	`0.01 m^2`
Имя для программного использования	`port_a_area`
Вычисляемый	Да

# Cross-sectional area at port B — площадь по нормали к пути потока на входе в емкость
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Details

Площадь поперечного сечения входа в емкость на порту B в направлении, нормальном к пути потока влажного воздуха.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Number of ports значение 2, 3 или 4.

Единицы измерения	`m^2` \| `cm^2` \| `ft^2` \| `in^2` \| `km^2` \| `mi^2` \| `mm^2` \| `um^2` \| `yd^2`
Значение по умолчанию	`0.01 m^2`
Имя для программного использования	`port_b_area`
Вычисляемый	Да

# Cross-sectional area at port C — площадь по нормали к пути потока на входе в емкость
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Details

Площадь поперечного сечения входа в емкость на порту C в направлении, нормальном к пути потока влажного воздуха.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Number of ports значение 3 или 4.

Единицы измерения	`m^2` \| `cm^2` \| `ft^2` \| `in^2` \| `km^2` \| `mi^2` \| `mm^2` \| `um^2` \| `yd^2`
Значение по умолчанию	`0.01 m^2`
Имя для программного использования	`port_c_area`
Вычисляемый	Да

# Cross-sectional area at port D — площадь по нормали к пути потока на входе в емкость
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Details

Площадь поперечного сечения входа в емкость на порту D в направлении, нормальном к пути потока влажного воздуха.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Number of ports значение 4.

Единицы измерения	`m^2` \| `cm^2` \| `ft^2` \| `in^2` \| `km^2` \| `mi^2` \| `mm^2` \| `um^2` \| `yd^2`
Значение по умолчанию	`0.01 m^2`
Имя для программного использования	`port_d_area`
Вычисляемый	Да

Влага и газовые примеси

# Relative humidity at saturation — относительная влажность, при превышении которой происходит конденсация влаги

Details

Относительная влажность, выше которой происходит конденсация.

Значение по умолчанию	`1.0`
Имя для программного использования	`RH_saturation`
Вычисляемый	Да

# Condensation time constant — постоянная времени конденсации
d | s | hr | ms | ns | us | min

Details

Временной масштабный коэффициент, характеризующий период времени возвращения перенасыщенного объема влажного воздуха к уровню насыщения за счет конденсации избыточной влаги.

Единицы измерения	`d` \| `s` \| `hr` \| `ms` \| `ns` \| `us` \| `min`
Значение по умолчанию	`0.001 s`
Имя для программного использования	`condensation_time_constant`
Вычисляемый	Да

# Moisture and trace gas source — источник влаги и примесных газов
None | Constant | Controlled

Details

Этот параметр управляет использованием порта S и предоставляет следующие возможности для моделирования уровней влаги и примесного газа внутри блока:

None — в блок не вводится и из него не извлекается влажность или примесный газ. Порт S скрыт. Это значение используется по умолчанию.
Constant — влага и примесный газ подаются в блок или извлекаются из него с постоянным расходом. Те же параметры, что и в блоках Moisture Source (MA) и Trace Gas Source (MA), становятся доступны в настройках блока. Порт S скрыт.
Controlled — влага и примесный газ вводятся в блок или выводятся из него с изменяющимся во времени расходом. Порт S доступен. К этому порту подключаются блоки Moisture Source (MA) и Trace Gas Source (MA).

Значения	`None` \| `Constant` \| `Controlled`
Значение по умолчанию	`None`
Имя для программного использования	`moisture_trace_gas_source`
Вычисляемый	Нет

# Moisture added or removed — добавлять или удалять влагу в виде водяного пара или воды
Vapor | Liquid

Details

Выберите, в каком виде источник добавляет или удаляет влагу: в виде водяного пара или воды:

Vapor — энтальпия добавленной или удаленной влаги соответствует энтальпии водяного пара, которая больше энтальпии воды.
Liquid — энтальпия добавленной или удаленной влаги соответствует энтальпии воды, которая меньше энтальпии водяного пара.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Moisture and trace gas source значение Constant.

Значения	`Vapor` \| `Liquid`
Значение по умолчанию	`Vapor`
Имя для программного использования	`moisture_source_phase`
Вычисляемый	Нет

# Rate of added moisture — постоянный массовый расход через источник
kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)

Details

описание отсутствует

Единицы измерения	`kg/s` \| `N*s/m` \| `N/(m/s)` \| `lbf/(ft/s)` \| `lbf/(in/s)`
Значение по умолчанию	`0.0 kg/s`
Имя для программного использования	`moisture_mass_flow`
Вычисляемый	Да

# Added moisture temperature specification — метод задания температуры влаги
Atmospheric temperature | Specified temperature

Details

Выбор метода задания температуры влаги:

Atmospheric temperature — используется атмосферная температура.
Specified temperature — значение задается с помощью параметра Temperature of added moisture.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Moisture and trace gas source значение Constant.

Значения	`Atmospheric temperature` \| `Specified temperature`
Значение по умолчанию	`Atmospheric temperature`
Имя для программного использования	`moisture_temperature_type`
Вычисляемый	Нет

Details

Температура влаги. Эта температура остается постоянной во время моделирования. Блок использует это значение только для оценки удельной энтальпии добавленной влаги. Удельная энтальпия удаленной влаги определяется на основе температуры камеры.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Moisture and trace gas source значение Constant, а для параметра Added moisture temperature specification — значение Specified temperature.

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`293.15 K`
Имя для программного использования	`moisture_temperature`
Вычисляемый	Да

# Rate of added trace gas — постоянный массовый расход через источник
kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)

Details

Массовый расход примесного газа через источник.

Положительное значение добавляет примесный газ в подключенную сеть влажного воздуха. Отрицательное значение удаляет примесный газ из этой сети.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Moisture and trace gas source значение Constant.

Единицы измерения	`kg/s` \| `N*s/m` \| `N/(m/s)` \| `lbf/(ft/s)` \| `lbf/(in/s)`
Значение по умолчанию	`0.0 kg/s`
Имя для программного использования	`trace_gas_mass_flow`
Вычисляемый	Да

# Added trace gas temperature specification — метод задания температуры примесного газа
Atmospheric temperature | Specified temperature

Details

Выбор метода задания температуры примесного газа:

Atmospheric temperature — используется атмосферная температура.
Specified temperature — значение задается с помощью параметра Temperature of added trace gas.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Moisture and trace gas source значение Constant.

Значения	`Atmospheric temperature` \| `Specified temperature`
Значение по умолчанию	`Atmospheric temperature`
Имя для программного использования	`trace_gas_temperature_type`
Вычисляемый	Нет

Details

Температура примесного газа. Эта температура остается постоянной во время моделирования. Блок использует это значение только для оценки удельной энтальпии добавленного примесного газа. Удельная энтальпия удаленного примесного газа определяется на основе температуры камеры.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Moisture and trace gas source значение Constant, а для параметра Added trace gas temperature specification — значение Specified temperature.

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`293.15 K`
Имя для программного использования	`trace_gas_temperature`
Вычисляемый	Да

Примеры

Моделирование системы искуственной вентиляции лёгких