Вращательный механический конвертер (2P)

Интерфейс между двухфазными жидкими и механическими вращательными сетями

Библиотека

Двухфазная Жидкость/Элементы

Описание

Блок Rotational Mechanical Converter (2P) моделирует интерфейс между двухфазными жидкими и механическими вращательными сетями. Интерфейс преобразовывает давление в жидкой сети в крутящий момент в механической вращательной сети и наоборот.

Этот блок позволяет вам смоделировать ротационный привод, приводимый в действие двухфазной жидкой системой. Это, однако, не составляет инерцию, трение или жесткие остановки, распространенные в ротационных приводах. Можно смоделировать эти эффекты отдельно с помощью блоков Simscape, таких как Инерция, Вращательное Трение и Вращательная Жесткая остановка.

Порт A представляет входное отверстие, через которое жидкость вводит и выходит из конвертера. Порты C и R представляют преобразование регистра конвертера и перемещение интерфейса, соответственно. Порт H представляет стену, через которую обмены конвертера нагреваются с его средой.

Закрутите направление

Направление крутящего момента зависит от механической ориентации конвертера. Если параметр Mechanical Orientation положителен, то положительная скорость потока жидкости через входное отверстие имеет тенденцию вращать движущийся интерфейс в положительном направлении относительно преобразования регистра конвертера.

Положительная механическая ориентация

Если параметр Mechanical Orientation отрицателен, то положительная массовая скорость потока жидкости через входное отверстие имеет тенденцию вращать движущийся интерфейс в отрицательном направлении относительно преобразования регистра конвертера.

Отрицательная механическая ориентация

Теките и тепловые сопротивления

Сопротивление потока между портом A и внутренней частью конвертера принято незначительное. Падение давления между этими двумя является приблизительно нулем. Давление в порте A поэтому равно этому в конвертере:

$p_{A} = p_{I},$

где:

p _A является давлением в порте A.
p _я - давление в конвертере.

Точно так же тепловое сопротивление между портом H и внутренней частью конвертера принято незначительное. Градиент температуры между этими двумя является приблизительно нулем. Температура в порте H поэтому равна этому в конвертере:

$T_{H} = T_{I},$

где:

T _H является температурой в порте H.
T _я - температура в конвертере.

Жидкий объем

Объем жидкости в конвертере является суммой мертвых и переместил жидкие объемы. Мертвый объем является количеством жидкости, оставленной в конвертере под нулевым интерфейсным углом. Этот объем позволяет вам смоделировать эффекты динамической сжимаемости и тепловой способности, даже когда интерфейс находится в своем нулевом положении.

Объем смещения является количеством жидкости, добавленной к конвертеру из-за вращения движущегося интерфейса. Этот объем увеличивается с интерфейсным углом. Суммарный объем в конвертере как функция интерфейсного угла

$V = V_{d e a d} + D_{v o l} θ_{i n t} ϵ_{o r},$

где:

V является суммарным объемом жидкости в конвертере.
_{Мертвый} V является мертвым объемом конвертера.
D _vol является перемещенным жидким объемом на модульное вращение интерфейса.
_Int θ является углом поворота движущегося интерфейса.
∊ _или является целым числом, кодирующим механическую ориентацию конвертера:

$ϵ_{o r} = {\begin{matrix} + 1, & если механическая ориентация положительна \\ - 1, & если механическая ориентация отрицательна \end{matrix}$

Обеспечьте баланс

В равновесии внутреннее давление в конвертере противодействует внешнему давлению своей среды и крутящего момента, проявленного механической сетью в движущемся интерфейсе. Этот крутящий момент является реверсом примененного жидкой сетью. Баланс крутящего момента в конвертере поэтому

$p_{I} D_{v o l} = p_{a t m} D_{v o l} - t_{i n t} ϵ_{o r},$

где:

_{Банкомат} p является экологическим давлением вне конвертера.
_Int t является значением крутящего момента, проявленного жидкой сетью в движущемся интерфейсе.

Энергетический баланс

Полная энергия в конвертере может измениться из-за энергетического потока через входное отверстие, теплового потока через стену конвертера, и работать сделанная над механической сетью. Энергетическая скорость потока жидкости, данная уравнением энергосбережения, поэтому

$\dot{E} = ϕ_{A} + ϕ_{H} - p_{I} D_{v o l} {\dot{θ}}_{i n t} ϵ_{o r},$

где:

E является полной энергией жидкости в конвертере.
ϕ _A является энергетической скоростью потока жидкости в конвертер через порт A.
ϕ _H является уровнем теплового потока в конвертер через порт H.

Беря жидкую кинетическую энергию в конвертере, чтобы быть незначительной, полная энергия жидкости уменьшает до:

$E = M u_{I},$

где:

M является жидкой массой в конвертере.
u _я - определенная внутренняя энергия жидкости в конвертере.

Массовый баланс

Жидкая масса в конвертере может измениться должный течь через входное отверстие, представленное портом A. Массовая скорость потока жидкости, данная массовым уравнением сохранения, поэтому

$\dot{M} = {\dot{m}}_{A},$

где:

${\dot{m}}_{A}$ массовая скорость потока жидкости в конвертер через порт A.

Изменение в жидкой массе может сопровождать изменение в жидком объеме, из-за вращения движущегося интерфейса. Это может также сопровождать изменение в массовой плотности, из-за развивающегося давления или определенной внутренней энергии в конвертере. Массовая скорость изменения в конвертере затем

$\dot{M} = [{(\frac{\partial ρ}{\partial p})}_{u} {\dot{p}}_{I} + {(\frac{\partial ρ}{\partial u})}_{p} {\dot{u}}_{I}] V + \frac{D_{v o l} {\dot{θ}}_{i n t} ϵ_{o r}}{v_{I}},$

где:

${(\frac{\partial ρ}{\partial p})}_{u}$ частная производная плотности относительно давления в постоянной определенной внутренней энергии.
${(\frac{\partial ρ}{\partial u})}_{p}$ частная производная плотности относительно определенной внутренней энергии в постоянном давлении.
v _я - определенный объем жидкости в конвертере.

Блок смешивает частные производные плотности различных областей с помощью функции кубического полинома. В качестве пара 0–0.1, эта функция смешивает производные подохлажденных жидких и двухфазных областей смеси. В качестве пара 0.9–1, это смешивает те из двухфазной смеси и перегретых областей пара.

Сглаживавшие частные производные плотности вводят в исходного массового нежелательного уравнения сохранения числовые ошибки. Чтобы исправить для этих ошибок, блок добавляет срок исправления

$ϵ_{M} = \frac{M - V / v_{I}}{τ},$

где:

∊ _M является сроком исправления.
τ является временной константой фазового перехода — характеристическая длительность события фазового перехода. Эта константа гарантирует, что фазовые переходы не происходят мгновенно, эффективно вводя задержку каждый раз, когда они происходят.

Конечная форма массового уравнения сохранения

$[{(\frac{\partial ρ}{\partial p})}_{u} {\dot{p}}_{I} + {(\frac{\partial ρ}{\partial u})}_{p} {\dot{u}}_{I}] V + \frac{D_{v o l} {\dot{θ}}_{i n t} ϵ_{o r}}{v_{I}} = {\dot{m}}_{A} + ϵ_{M} .$

Блок использует это уравнение, чтобы вычислить внутреннее давление в конвертере, учитывая массовую скорость потока жидкости через входное отверстие.

Предположения и ограничения

Стены конвертера тверды. Они не деформируются под давлением.
Сопротивление потока между портом A и внутренней частью конвертера незначительно. Давление является тем же самым в порте A и во внутренней части конвертера.
Тепловое сопротивление между портом H и внутренней частью конвертера незначительно. Температура является тем же самым в порте H и во внутренней части конвертера.
Движущийся интерфейс отлично изолируется. Никакая жидкость не просачивается через интерфейс.
Проигнорированы механические эффекты, такие как жесткие остановки, инерция, и трение.

Параметры

Вкладка параметров

Mechanical orientation

Ориентация движущегося интерфейса относительно двухфазной жидкой сети. Если ориентация положительна, то положительный поток в результаты конвертера в положительном вращении порта R относительно порта C. Если ориентация отрицательна, то положительный поток в результаты конвертера в отрицательном вращении порта R относительно порта C. Настройкой по умолчанию является Positive.

Interface volume displacement

Перемещенный жидкий объем на модульное вращение движущегося интерфейса. Значением по умолчанию является 0.01 m^3 / рад.

Interface initial rotation

Угол движущегося интерфейса в начале симуляции. Нулевой угол соответствует общему жидкому объему в конвертере, равном заданному мертвому объему. Значение по умолчанию является радом 0.

Этот параметр должен быть больше, чем или равным нулю, если параметр Mechanical orientation устанавливается на Positive. Это должно быть меньшим, чем или равным нулю, если параметр Mechanical orientation устанавливается на Negative.

Dead volume

Объем жидкости, оставленной в конвертере, когда интерфейсный угол является нулем. Мертвый объем позволяет блоку составлять массовое хранение и аккумулирование энергии в конвертере даже под нулевым интерфейсным углом. Значением по умолчанию является 1e-5 m^3.

Cross-sectional area at port A

Область потока входного отверстия конвертера, представленного портом A. Падение давления из-за изменений в области потока в конвертере проигнорировано. Значением по умолчанию является 0.01 m^2.

Environment pressure specification

Характеристики давления окружающей среды. Выберите Atmospheric pressure, чтобы установить давление среды на атмосферное давление, заданное в блоке Two-Phase Fluid Properties (2P). Выберите Specified pressure, чтобы установить давление среды на различное значение. Настройкой по умолчанию является Atmospheric pressure.

Environment pressure

Абсолютное давление окружающей среды. Давление среды действует против внутреннего давления конвертера и влияет на движение вала конвертера. Этот параметр активен только, когда параметр Environment pressure specification устанавливается на Specified pressure. Значение по умолчанию, 0.101325 MPa, соответствует атмосферному давлению на среднем уровне моря.

Эффекты и вкладка начальных условий

Initial fluid energy specification: Термодинамическая переменная, с точки зрения которой можно задать начальные условия компонента. Настройкой по умолчанию является Temperature.
Initial pressure: Давление в камере в начале симуляции, заданной против абсолютного нуля. Значением по умолчанию является 0.101325 MPa.
Initial temperature: Температура в камере в начале симуляции, заданной против абсолютного нуля. Этот параметр активен, когда опция Initial fluid energy specification установлена в Temperature. Значением по умолчанию является 293.15 K.
Initial vapor quality: Массовая часть пара в камере в начале симуляции. Этот параметр активен, когда опция Initial fluid energy specification установлена в Vapor quality. Значением по умолчанию является 0.5.
Initial vapor void fraction: Часть объема пара в камере в начале симуляции. Этот параметр активен, когда опция Initial fluid energy specification установлена в Vapor void fraction. Значением по умолчанию является 0.5.
Initial specific enthalpy: Определенная энтальпия жидкости в камере в начале симуляции. Этот параметр активен, когда опция Initial fluid energy specification установлена в Specific enthalpy. Значение по умолчанию является 1500 kJ/kg.
Initial specific internal energy: Определенная внутренняя энергия жидкости в камере в начале симуляции. Этот параметр активен, когда опция Initial fluid energy specification установлена в Specific internal energy. Значение по умолчанию является 1500 kJ/kg.
Phase change time constant: Характеристическая длительность события фазового перехода. Эта константа вводит задержку в переход между фазами. Значением по умолчанию является 0.1 s.

Порты

Блок имеет следующие порты:

A: Двухфазный жидкий порт сохранения сопоставлен с входным отверстием конвертера.
H: Тепловой порт сохранения, представляющий конвертер, появляется, через который происходит теплообмен.
R: Механический вращательный порт сохранения сопоставлен с ротором конвертера.
C: Механический вращательный порт сохранения сопоставлен со случаем конвертера.

Документация

Вращательный механический конвертер (2P)

Библиотека

Описание

Закрутите направление

Теките и тепловые сопротивления

Жидкий объем

Обеспечьте баланс

Энергетический баланс

Массовый баланс

Предположения и ограничения

Параметры

Вкладка параметров

Эффекты и вкладка начальных условий

Порты

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Смотрите также

Введенный в R2015b

Документация Simscape

Поддержка

Документация

Вращательный механический конвертер (2P)

Библиотека

Описание

Закрутите направление

Теките и тепловые сопротивления

Жидкий объем

Обеспечьте баланс

Энергетический баланс

Массовый баланс

Предположения и ограничения

Параметры

Вкладка параметров

Эффекты и вкладка начальных условий

Порты

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++ Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Смотрите также

Введенный в R2015b

Документация Simscape

Поддержка

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.