Камера постоянного объёма (ВВ)

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 Камера постоянного объёма (ВВ) 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 Постоянная времени конденсации.

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 Управляемый дроссель (ВВ) и Пневматическое сопротивление (ВВ).
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 Источник влаги и газовых примесей значение Управляемый.

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 Число портов 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 Число портов 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 Число портов 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 Выбор показаний (ВВ).

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Параметры

Основные

# Объем камеры — объем влажного воздуха в емкости
л | gal | igal | м³ | см³ | ft³ | in³ | км³ | mi³ | мм³ | мкм³ | yd³ | Н*м/Па | Н*м/бар | 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

# Число портов — 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

# Площадь поперечного сечения отверстия порта A — площадь по нормали к пути потока на входе в емкость
м² | см² | ft² | in² | км² | mi² | мм² | мкм² | yd²

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

# Площадь поперечного сечения отверстия порта B — площадь по нормали к пути потока на входе в емкость
м² | см² | ft² | in² | км² | mi² | мм² | мкм² | yd²

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 Число портов 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

# Площадь поперечного сечения отверстия порта C — площадь по нормали к пути потока на входе в емкость
м² | см² | ft² | in² | км² | mi² | мм² | мкм² | yd²

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 Число портов 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

# Площадь поперечного сечения отверстия порта D — площадь по нормали к пути потока на входе в емкость
м² | см² | ft² | in² | км² | mi² | мм² | мкм² | yd²

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 Число портов 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

# Относительная влажность при насыщении — 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

# Постоянная времени конденсации — постоянная времени конденсации
д | с | ч | мс | нс | мкс | мин

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

# Источник влаги и газовых примесей — источник влаги и примесных газов
Отсутствует | Постоянный | Управляемый

Details

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

Отсутствует — в блок не вводится и из него не извлекается влажность или примесный газ. Порт S скрыт. Это значение используется по умолчанию.
Постоянный — влага и примесный газ подаются в блок или извлекаются из него с постоянным расходом. Те же параметры, что и в блоках Источник влажности (ВВ) и Источник газовых примесей (ВВ), становятся доступны в настройках блока. Порт S скрыт.
Управляемый — влага и примесный газ вводятся в блок или выводятся из него с изменяющимся во времени расходом. Порт S доступен. К этому порту подключаются блоки Источник влажности (ВВ) и Источник газовых примесей (ВВ).

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

# Добавление или удаление влаги — добавлять или удалять влагу в виде водяного пара или воды
Пар | Жидкость

Details

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

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

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Источник влаги и газовых примесей значение Постоянный.

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

# Скорость добавления влаги — постоянный массовый расход через источник
кг/с | N*s/m | Н/(м/с) | ibf/(ft/s) | ibf/(in/s)

Details

Массовый расход влаги через источник.

Положительное значение добавляет влагу в камеру. Отрицательное значение удаляет влагу из камеры.

Зависимости

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

# Температура добавленной влаги — метод задания температуры влаги
Атмосферная температура | Заданная температура

Details

Выбор метода задания температуры влаги:

Атмосферная температура — используется атмосферная температура.
Заданная температура — значение задается с помощью параметра Температура добавленной влаги.

Зависимости

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

# Температура добавленной влаги — температура влаги
К | °C | °F | °R | ΔK | Δ°C | Δ°F | Δ°R

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 Источник влаги и газовых примесей значение Постоянный, а для параметра Температура добавленной влаги — значение Заданная температура.

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

# Скорость добавления газовых примесей — постоянный массовый расход через источник
кг/с | N*s/m | Н/(м/с) | 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

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

# Температура добавленных газовых примесей — метод задания температуры примесного газа
Атмосферная температура | Заданная температура

Details

Выбор метода задания температуры примесного газа:

Атмосферная температура — используется атмосферная температура.
Заданная температура — значение задается с помощью параметра Температура добавленных газовых примесей.

Зависимости

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

# Температура добавленных газовых примесей — температура примесного газа
К | °C | °F | °R | ΔK | Δ°C | Δ°F | Δ°R

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 Источник влаги и газовых примесей значение Постоянный, а для параметра Температура добавленных газовых примесей — значение Заданная температура.

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