预期用途

气体库包含基本元素，如孔板，腔室，气动-机械转换器，以及传感器和源。使用这些块来模拟气体系统，如应用:

属性指定连接环路中的气体属性气体性质(G)块。此块允许您在三个理想化级别之间进行选择：完美气体、半完美气体或真实气体（请参见气体性质模型)．

网络变量

交叉变量是压力和温度，通过变量是质量流量和能量流量。注意，这些选择会导致伪键合图，因为压力和质量流量的乘积不是幂。

气体性质模型

气体库支持同一气体域内的完美气体万博1manbetx、半完美气体和真实气体，以满足各种建模要求。三种气体特性模型在模拟速度和精度之间进行了权衡。它们还支持增量工作流：您可以从一个简单的模型开始，该模型只需要有关工作气体的最少信息，然后在获得更详细的气体特性数据时基于该模型进行构建。

的方法来选择气体属性模型气体性质(G)块，用于指定所连接回路中的气体特性。

下表总结了每个天然气性质模型的不同假设。

理想气体定律在Simscape中实现™ 基础气体库

哪里：

压缩因子,Z，通常是压力和温度的函数。它解释了与理想气体行为的偏差。这种气体是理想的Z= 1.在完全和半完全气体性质模型中，Z必须是常数，但不必等于1。例如，如果你正在模拟一种非理想气体(Z≠1)但系统的温度和压力变化不大，可以使用完美气体模型并指定适当的值Z．压缩系数如下表所示Z对于293.15 K和0.101325 MPa下的各种气体：

采用理想气体模型，定值为Z根据气体类型和操作条件进行调整，使您避免了转移到半完美或真实气体性质模型的额外复杂性和计算成本。

在对天然气管网进行建模时，完美天然气性质模型是一个不错的选择，因为它简单、计算效率高，并且需要有关工作气体的有限信息。它对于单原子气体是正确的，通常，它对于标准条件下的气体（如干燥空气、二氧化碳、氧气、氢气、氦气、甲烷、天然气等）是足够精确的。

当气体网络在饱和边界附近运行或在很宽的温度范围内运行时，工作气体可能表现出温和的非理想行为。在这种情况下，在用完美的气体特性模型成功地模拟气体网络之后，考虑切换到半理想气体特性模型。

最后，如果工作气体表现出强烈的非理想行为，例如大分子的重气体，则考虑切换到真实气体性质模型。该模型在计算成本方面是最昂贵的，并且需要关于工作气体的详细信息，因为它使用了所有属性的二维插值。

气体体积块

气域中的组件使用控制体积建模。控制体积包含组件内部的气体，并将其与周围环境和其他组件分离。通过控制表面的气体流动和热流由端口表示。组件内部的气体体积使用内部节点表示，该节点提供组件内部的气体压力和温度。这个内部节点是不可见的，但是您可以使用Simscape数据日志访问它的参数和变量。有关更多信息，请参见关于模拟数据记录．

Gas库中的以下块被建模为具有Gas体积的组件。在…的情况下控制储层(G)和水库(G)，体积被假定为无限大。

其他部件的气体体积相对较小，因此气体进入部件之前在部件内部的时间可以忽略不计。这些组件被认为是准稳态的，它们没有内部节点。

参考节点和接地规则

与机械和电气领域不同，在机械和电气领域中，一个领域内的每个拓扑不同的电路必须至少包含一个参考块，气体网络具有不同的接地规则。

具有气体体积的区块包含一个内部节点，该节点提供组件内部的气体压力和温度，因此用作气体网络的参考节点。每个连接的气体网络必须至少有一个参考节点。这意味着每个连接的气体网络必须至少有一个表中列出的区块气体体积块．换句话说，不含气量的燃气网是无效燃气网。

Foundation Gas库包含绝对引用(G)但不像其他领域，您不使用它接地气体电路。该项目的目的绝对引用(G)块的作用是为压力和温度传感器（G）．如果你使用绝对引用(G)在天然气网络的其他地方，它将触发模拟断言，因为气体压力和温度不能在绝对零度。

有限气体体积块体的初始条件

本节讨论使用有限气体体积建模的区块的具体初始化要求。这些块在中列出气体体积块．

气体体积的状态基于通过质量流和能量流与连接块的相互作用而动态演化。时间常数取决于气体体积的可压缩性和热容量。

气体体积的状态由块内部节点处的微分变量表示。作为微分变量，它们需要在开始模拟之前指定初始条件。使用有限气体体积建模的每个块的对话框具有变量选项卡，其中列出了三个变量：

默认情况下,气体体积压力和气体体积温度具有高优先级，目标值等于标准条件(0.101325 MPa和293.15 K)。您可以调整目标值，以表示区块气体体积的适当初始状态。气体体积密度具有默认优先级没有一个因为只有三个变量中的两个的初始条件才能完全确定气体体积的初始状态。如果需要，指定初始条件的另一种方法是改变气体体积密度使用适当的目标值设置为高优先级，然后更改气体体积压力或气体体积温度没有优先级。

重要的是，三个变量中只有两个的优先级设置为高对于具有有限气体体积的每个区块。在所有三个变量上放置高优先级约束会导致规格过高，解算器无法找到满足所需初始值的初始化解。相反，仅在一个变量上放置高优先级约束会使系统低于规定值，解算器会t解析具有任意和意外初始值的变量。有关变量初始化和处理过度规范的更多信息，请参阅初始化质量-弹簧-减振器系统的变量．

在无限大气体体积的区块中，假定气体体积的状态为准稳态，不需要指定初始条件。

阻塞流

气体流过本地限制（G）,变量局部约束(G)或管道（G）阻塞可能会堵塞。当流速达到当地声速时就会发生窒息。当流体被阻塞时，阻塞点的速度不再增加。然而，质量流量仍然可以增加，如果气体密度增加。例如，可以通过增加堵塞点上游的压力来实现这一点。壅塞对燃气网络的影响是，通过壅塞阻塞的分支的质量流量完全取决于上游的压力和温度。只要壅塞条件保持，壅塞质量流量与下游压力发生的任何变化无关。

下面的模型说明了阻塞流。在这个模型中斜坡块的坡度为0.005，开始时间为10万博1manbetxSimulink-PS转换器块有输入信号单元设置为Mpa。所有其他块都有默认参数值。模拟时间为50秒。模拟模型时，端口A处的压力本地限制（G）块从大气压力线性增加，从10秒开始。端口B的压力固定在大气压力下。

下图显示了已记录的发动机模拟数据本地限制（G）阻塞。限制处的马赫数(马赫数)在20秒左右达到1，表示流量受阻。质量流率(mdot_A)在流量阻塞之前，随着压差的增加，遵循典型的二次曲线行为。然而，由于阻塞质量流量仅取决于上游压力和温度，且上游压力呈线性增加，因此流量阻塞后的质量流量变为线性。

壅塞质量流量只取决于上游条件，这一事实可能导致与a不相容质量流量源(G)或者一个可控质量流量源(G)连接到阻塞的下游。考虑下一个图中显示的模型，其中包含可控质量流量源(G)块而不是可控压力源(G)．

如果源要求的质量流量从左到右通过本地限制（G），即使由于可控质量流量源(G)应该在堵塞区域的上游。然而，在这个模型中获得块倒转流动方向，使可控质量流量源(G)是阻塞的下游。上游的压力本地限制（G）在大气压下是固定的。因此，在这种情况下，阻塞质量流率是恒定的。随着指令质量流量的增加，其最终将大于阻塞质量流量的恒定值。此时，指令质量流量和阻塞质量流量无法协调，模拟失败。在Simscape Results Explorer中查看记录的模拟数据表明，模拟仅在马赫数达到1且气流阻塞时失败。

一般来说，如果模型可能阻塞，则使用压力源而不是质量流量源。如果模型包含质量流量源块且模拟失败，则使用Simscape结果浏览器检查所有模型中的马赫数变量本地限制（G）,变量局部约束(G),管道（G）块沿同一分支连接作为质量流量源。如果当马赫数达到1时模拟失败，很可能有一个下游的质量流量源试图控制一个大于可能阻塞质量流量的质量流量。

限制块的马赫数变量称为马赫数．的管道（G）块有两个马赫数变量，马赫数和马赫数，分别表示A口和B口的马赫数。

倒流

通过电路的气流将能量从一个气体体积输送到另一个气体体积。因此，两个连接块之间的能量流速取决于流动方向。如果气体从块A流向块B，则两个块之间的能量流速基于块A的比总焓。相反，如果e气体从B区流向A区，然后两个区之间的能量流率基于B区的比总焓。为了平滑过渡以实现模拟稳健性，能量流率还包括基于低质量流率下两个区的比总焓差的贡献。平滑正在运行的区域由气体性质(G)块参数逆流马赫数阈值．

这种方法的结果是，两个连接块之间的节点的温度代表该节点上游的气体体积的温度。如果在节点处有两条或两条以上的上游流动路径合并，则节点处的温度表示合并气体流的理想混合的加权平均温度。

对于表现出快速流动逆转和块间温差大的模型，模拟的稳健性可能是一个挑战。快速逆流可能是由于在大体积气体之间存在低流动阻力(例如短管道)的结果。大的温差可能是由于热源增加了能量以保持模型中大的压差，而耗散很少。在这些模型中，可能需要增加逆流马赫数阈值避免模拟失败的参数值。