Constant Volume Chamber (2P)

Камера с фиксированным объемом двухфазной жидкости и переменным числом портов.

Тип: AcausalFoundation.TwoPhaseFluid.Elements.ConstantVolumeChamber

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Fundamental/Two Phase Fluid/Elements/Constant Volume Chamber (2P)

Описание

Блок Constant Volume Chamber (2P) моделирует накопление массы и энергии в камере, содержащей фиксированный объем двухфазной жидкости. Камера может иметь от одного до четырех портов, обозначенных A, B, C, D, через которые может протекать жидкость. Объем жидкости может обмениваться теплом с тепловой сетью, например с сетью, представляющей окружающее пространство камеры, через тепловой порт H.

Масса жидкости в камере изменяется в зависимости от плотности, которая обычно зависит от давления и температуры. Жидкость поступает в камеру, когда давление перед входным отверстием превышает давление в камере, и вытекает, когда градиент давления меняется на противоположный. Эффект в модели часто заключается в сглаживании резких изменений давления, подобно тому как электрический конденсатор сглаживает напряжение.

Сопротивление потоку между входным отверстием и внутренней частью камеры считается пренебрежимо малым. Поэтому давление внутри камеры равно давлению на входе. Аналогично, тепловое сопротивление между тепловым портом и внутренней частью камеры считается пренебрежимо малым. Температура внутри камеры равна температуре на тепловом порту.

Сохранение массы

Жидкость может втекать и вытекать из камеры через порты A, B, C и D. Объем камеры фиксирован, но из-за сжимаемости жидкости ее масса может меняться в зависимости от давления и температуры.

Скорость накопления массы в камере должна быть точно равна массовому расходу через порты A, B, C и D:

где

— плотность;
— давление;
— удельная внутренняя энергия;
— объем;
— массовый расход;
— поправочный член, учитывающий численную ошибку, вызванную сглаживанием частных производных.

Поправочный член для сглаживания частных производных

Блок вычисляет частные производные в уравнении баланса массы, затем сглаживает их на границах фазовых переходов с помощью кубических полиномиальных функций. Эти функции применяются:

в области переохлажденной жидкости и двухфазной смеси при степени сухости в диапазоне от 0 до 0.1;
в области двухфазной смеси и перегретого пара при степени сухости в диапазоне от 0 до 0.9.

Сглаживание вносит небольшую численную ошибку, которую блок компенсирует, добавляя к балансу массы поправочный член , определяемый следующим образом:

где

— масса жидкости в камере;
— удельный объем;
— характерная длительность события фазового перехода.

Блок вычисляет массу жидкости в камере по уравнению

Сохранение энергии

Энергия может поступать в камеру и выходить из нее двумя путями: за счет потока жидкости через порты A, B, C и D и за счет теплового потока через порт H. Никакой работы над жидкостью внутри камеры не совершается. Поэтому скорость накопления энергии во внутреннем объеме жидкости должна быть равна сумме потоков энергии через порты A, B, C, D и H:

где

— поток энергии;
— поток тепла;
— полная энергия.

При пренебрежимо малой кинетической энергии жидкости полная энергия в камере составляет

Сохранение импульса

Падение давления из-за вязкого трения между отдельными отверстиями и внутренним пространством камеры считается пренебрежимо малым. Можно пренебречь гравитацией и другими объемными силами. Поэтому давление во внутреннем объеме жидкости должно быть равно давлению на портах A, B, C и D:

Допущения и ограничения

В камере находится фиксированный объем жидкости.
Сопротивление потоку между входным отверстием и внутренней частью камеры пренебрежимо мало.
Тепловое сопротивление между тепловым портом и внутренней частью камеры пренебрежимо мало.
Кинетическая энергия жидкости в камере пренебрежимо мала.

Порты

Ненаправленные

# A — вход в камеру
двухфазная жидкость

Details

Порт двухфазной жидкости, соответствует входу в камеру.

Имя для программного использования

port_a

# H — тепловой порт
тепло

Details

Тепловой порт, через который жидкость в камере обменивается теплом с тепловой сетью.

Имя для программного использования

thermal_port

Параметры

Parameters

# Chamber volume — объем жидкости внутри камеры
m^3 | um^3 | mm^3 | cm^3 | km^3 | ml | l | gal | igal | in^3 | ft^3 | yd^3 | mi^3

Details

Объем жидкости в резервуаре. Этот объем постоянен во время симуляции.

Единицы измерения	`m^3` \| `um^3` \| `mm^3` \| `cm^3` \| `km^3` \| `ml` \| `l` \| `gal` \| `igal` \| `in^3` \| `ft^3` \| `yd^3` \| `mi^3`
Значение по умолчанию	`0.001 m^3`
Имя для программного использования	`V`
Вычисляемый	Да

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

Details

Количество входных портов в камере.

Камера может иметь от одного до четырех портов, обозначенных A, B, C, D.

При изменении значения параметра соответствующие порты открываются или скрываются на иконке 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 входного порта A по нормали к пути потока
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Площадь поперечного сечения входного порта А по нормали к пути потока.

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

Effects and Initial Conditions

# Initial fluid energy specification — термодинамическая переменная, используемая для определения начальных условий
Temperature | Vapor quality | Vapor void fraction | Specific enthalpy | Specific internal energy

Details

Термодинамическая переменная, используемая для определения начальных условий блока.

Значение параметра Initial fluid energy specification ограничивает доступные начальные состояния для двухфазной жидкости. Когда значение Initial fluid energy specification задано следующим образом:

Temperature — укажите начальное состояние, представляющее собой переохлажденную жидкость или перегретый пар. Нельзя указать смесь жидкости и пара, поскольку температура постоянна в области смеси жидкости и пара.
Vapor quality — укажите начальное состояние, представляющее собой смесь жидкости и пара. Нельзя указать переохлажденную жидкость или перегретый пар, поскольку массовая доля равна 0 и 1 соответственно во всей области. Кроме того, блок ограничивает давление до значения ниже критического давления.
Vapor void fraction — укажите начальное состояние, представляющее собой смесь жидкости и пара. Нельзя указать переохлажденную жидкость или перегретый пар, поскольку массовая доля равна 0 и 1 соответственно во всей области. Кроме того, блок ограничивает давление до значения ниже критического давления.
Specific enthalpy — укажите удельную энтальпию жидкости. Блок не ограничивает начальное состояние.
Specific internal energy — укажите удельную внутреннюю энергию жидкости. Блок не ограничивает начальное состояние.

Значения	`Temperature` \| `Vapor quality` \| `Vapor void fraction` \| `Specific enthalpy` \| `Specific internal energy`
Значение по умолчанию	`Temperature`
Имя для программного использования	`energy_type`
Вычисляемый	Нет

# Initial pressure — абсолютное давление в начале симуляции
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg

Details

Давление в камере в начале симуляции, заданное относительно абсолютного нуля.

Единицы измерения	`Pa` \| `uPa` \| `hPa` \| `kPa` \| `MPa` \| `GPa` \| `kgf/m^2` \| `kgf/cm^2` \| `kgf/mm^2` \| `mbar` \| `bar` \| `kbar` \| `atm` \| `ksi` \| `psi` \| `mmHg` \| `inHg`
Значение по умолчанию	`0.101325 MPa`
Имя для программного использования	`p_start`
Вычисляемый	Да

Details

Температура в камере в начале симуляции, заданная относительно абсолютного нуля.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Initial fluid energy specification значение Temperature.

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

# Phase change time constant — характерная длительность события фазового перехода
s | ns | us | ms | min | hr | d

Details

Характерное время достижения равновесия события фазового перехода, происходящего в камере. Увеличьте этот параметр, чтобы уменьшить скорость фазового перехода, или уменьшите его, чтобы увеличить скорость.

Единицы измерения	`s` \| `ns` \| `us` \| `ms` \| `min` \| `hr` \| `d`
Значение по умолчанию	`0.1 s`
Имя для программного использования	`tau`
Вычисляемый	Да