Переводный механический конвертер (MA)

Интерфейс между сырым воздухом и механическими переводными сетями

Библиотека:
Simscape / Библиотека Основы / Сырой Воздух / Элементы

Описание

Блок Translational Mechanical Converter (MA) моделирует интерфейс между сырой воздушной сетью и механической переводной сетью. Блок преобразовывает сырое давление воздуха в механическую силу и наоборот. Можно использовать его в качестве стандартного блока для линейных приводов.

Конвертер содержит переменный объем сырого воздуха. Давление и температура развивается на основе сжимаемости и тепловой способности этого сырого воздушного объема. Жидкая вода уплотняет из сырого воздушного объема, когда это достигает насыщения.

Если Mechanical orientation установлен в Positive, то увеличение сырого воздушного объема в результатах конвертера в прямом вытеснении порта R относительно порта C. Если Mechanical orientation установлен в Negative, то увеличение сырых воздушных результатов объема в отрицательном смещении порта R относительно порта C.

Уравнения блока используют эти символы. Индексы a, w и g указывают на свойства сухого воздуха, водяного пара, и прослеживают газ, соответственно. Нижний ws указывает на водяной пар в насыщении. Индексы A, H и S указывают на соответствующий порт. Нижний I указывает на свойства внутреннего сырого воздушного объема.

$\dot{m}$	Массовая скорость потока жидкости
Φ	Энергетическая скорость потока жидкости
Q	Уровень теплового потока
p	Давление
ρ	Плотность
R	Определенная газовая константа
V	Объем сырого воздуха в конвертере
c _v	Удельная теплоемкость в постоянном объеме
h	Определенная энтальпия
u	Определенная внутренняя энергия
x	Массовая часть (x _w является удельной влажностью, которая является другим термином для части массы водяного пара),
y	Мольная доля
φ	Относительная влажность
r	Отношение влажности
T	Температура
t	Время

Уровни чистого потока в сырой воздушный объем в конвертере

$\begin{array}{l} {\dot{m}}_{n e t} = {\dot{m}}_{A} - {\dot{m}}_{c o n d e n s e} + {\dot{m}}_{w S} + {\dot{m}}_{g S} \\ Φ_{n e t} = Φ_{A} + Q_{H} - Φ_{c o n d e n s e} + Φ_{S} \\ {\dot{m}}_{w, n e t} = {\dot{m}}_{w A} - {\dot{m}}_{c o n d e n s e} + {\dot{m}}_{w S} \\ {\dot{m}}_{g, n e t} = {\dot{m}}_{g A} + {\dot{m}}_{g S} \end{array}$

где:

$\dot{m}$ _{уплотните} уровень конденсации.
Φ _{уплотняет}, уровень энергетической потери от сжатой воды.
Φ _S является уровнем энергии, добавленной источниками газа трассировки и влажности. ${\dot{m}}_{w S}$ и ${\dot{m}}_{g S}$ массовые скорости потока воды и газа, соответственно, через порт S. Значения ${\dot{m}}_{w S}$ , ${\dot{m}}_{g S}$ , и Φ _S определяется влажностью и прослеживает газовые источники, соединенные с портом S конвертера.

Сохранение массы водяного пара связывает скорость потока жидкости массы водяного пара с динамикой уровня влажности во внутреннем сыром воздушном объеме:

$\frac{d x_{w I}}{d t} ρ_{I} V + x_{w I} {\dot{m}}_{n e t} = {\dot{m}}_{w, n e t}$

Точно так же проследите газовое массовое сохранение, связывает газ трассировки массовая скорость потока жидкости с динамикой уровня газа трассировки во внутреннем сыром воздушном объеме:

$\frac{d x_{g I}}{d t} ρ_{I} V + x_{g I} {\dot{m}}_{n e t} = {\dot{m}}_{g, n e t}$

Сохранение массы смеси связывает скорость потока жидкости массы смеси с динамикой давления, температуры и массовых частей внутреннего сырого воздушного объема:

$(\frac{1}{p_{I}} \frac{d p_{I}}{d t} - \frac{1}{T_{I}} \frac{d T_{I}}{d t}) ρ_{I} V + \frac{R_{a} - R_{w}}{R_{I}} ({\dot{m}}_{w, n e t} - x_{w} {\dot{m}}_{n e t}) + \frac{R_{a} - R_{g}}{R_{I}} ({\dot{m}}_{g, n e t} - x_{g} {\dot{m}}_{n e t}) + ρ_{I} \dot{V} = {\dot{m}}_{n e t}$

где $\dot{V}$ скорость изменения объема конвертера.

Наконец, энергосбережение связывает энергетическую скорость потока жидкости с динамикой давления, температуры и массовых частей внутреннего сырого воздушного объема:

$ρ_{I} c_{v I} V \frac{d T_{I}}{d t} + (u_{w I} - u_{a I}) ({\dot{m}}_{w, n e t} - x_{w} {\dot{m}}_{n e t}) + (u_{g I} - u_{a I}) ({\dot{m}}_{g, n e t} - x_{g} {\dot{m}}_{n e t}) + u_{I} {\dot{m}}_{n e t} = Φ_{n e t} - p_{I} \dot{V}$

Уравнение состояния связывает плотность смеси с давлением и температурой:

$p_{I} = ρ_{I} R_{I} T_{I}$

Смесь определенная газовая константа

$R_{I} = x_{a I} R_{a} + x_{w I} R_{w} + x_{g I} R_{g}$

Объем конвертера

$V = V_{d e a d} + S_{int} d_{int} ε_{int}$

где:

_{Мертвый} V является мертвым объемом.
_Int S является интерфейсной площадью поперечного сечения.
_Int d является интерфейсным смещением.
_Int ε является механическим коэффициентом ориентации. Если Mechanical orientation является Positive, _int ε = 1. Если Mechanical orientation является Negative, _int ε = –1.

Баланс силы в механическом интерфейсе

$F_{int} = (p_{e n v} - p_{I}) S_{int} ε_{int}$

где:

_Int F является силой от порта R до порта C.
_ENV p является давлением среды.

Сопротивление потока и тепловое сопротивление не моделируются в конвертере:

$\begin{array}{l} p_{A} = p_{I} \\ T_{H} = T_{I} \end{array}$

Когда сырой воздушный объем достигает насыщения, конденсация может произойти. Удельная влажность в насыщении

$x_{w s I} = φ_{w s} \frac{R_{I}}{R_{w}} \frac{p_{I}}{p_{w s I}}$

где:

φ _ws является относительной влажностью в насыщении (обычно 1).
p_wsI является давлением насыщения водяного пара, оцененным в T _I.

Уровень конденсации

${\dot{m}}_{c o n d e n s e} = {\begin{array}{l} 0, & если x_{w I} \leq x_{w s I} \\ \frac{x_{w I} - x_{w s I}}{τ_{c o n d e n s e}} ρ_{I} V, & если x_{w I} > x_{w s I} \end{array}$

то, где τ _{уплотняет}, является значением параметров Condensation time constant.

Сжатая вода вычтена из сырого воздушного объема, как показано в уравнениях сохранения. Энергия, сопоставленная со сжатой водой,

$Φ_{c o n d e n s e} = {\dot{m}}_{c o n d e n s e} (h_{w I} - Δ h_{v a p I})$

где Δh _Вапи является определенной энтальпией испарения, оцененного в T _I.

Другая влажность и количества газа трассировки связаны друг с другом можно следующим образом:

$\begin{array}{l} φ_{w I} = \frac{y_{w I} p_{I}}{p_{w s I}} \\ y_{w I} = \frac{x_{w I} R_{w}}{R_{I}} \\ r_{w I} = \frac{x_{w I}}{1 - x_{w I}} \\ y_{g I} = \frac{x_{g I} R_{g}}{R_{I}} \\ x_{a I} + x_{w I} + x_{g I} = 1 \end{array}$

Переменные

Чтобы установить приоритет и начальные целевые значения для основных переменных до симуляции, используйте вкладку Variables в диалоговом окне блока (или раздел Variables в блоке Property Inspector). Для получения дополнительной информации смотрите Приоритет Набора и Начальную Цель для Основных переменных и Начальные условия для Блоков с Конечным Сырым Воздушным Объемом.

Предположения и ограничения

Преобразование регистра конвертера совершенно твердо.
Сопротивление потока между входным отверстием конвертера и сырым воздушным объемом не моделируется. Соедините блок Local Restriction (MA) или блок Flow Resistance (MA) к порту A к образцовому падению давления, сопоставленному с входным отверстием.
Тепловое сопротивление между портом H и сырым воздушным объемом не моделируется. Используйте блоки библиотеки Thermal, чтобы смоделировать тепловые сопротивления между сырой воздушной смесью и средой, включая любые термальные эффекты стены камеры.
Движущийся интерфейс отлично изолируется.
Блок не моделирует механические эффекты движущегося интерфейса, такие как жесткая остановка, трение и инерция.

Порты

Вывод

развернуть все

`W` Уровень измерения конденсации, kg/s
физический сигнал

Выходной порт физического сигнала, который измеряет уровень конденсации в конвертере.

`F` Векторный физический сигнал, содержащий давление, температуру, влажность и данные об уровнях газа трассировки
вектор физического сигнала

Выходной порт физического сигнала, который выводит векторный сигнал. Вектор содержит давление (в Pa), температура (в K), уровень влажности и измерения уровня газа трассировки в компоненте. Используйте блок Measurement Selector (MA), чтобы распаковать этот векторный сигнал.

Сохранение

развернуть все

`A` Конвертер вставляется
сырой воздух

Сырой воздушный порт сохранения сопоставлен с входным отверстием конвертера.

`H` Температура в конвертере
тепловой

Тепловой порт сохранения, сопоставленный с температурой сырой воздушной смеси в конвертере.

`R` Стержень
переводное механическое устройство

Механический переводный порт сохранения сопоставлен с движущимся интерфейсом.

`C` Случай
переводное механическое устройство

Механический переводный порт сохранения сопоставлен с преобразованием регистра конвертера.

`S` Введите или извлеките влажность и проследите газ
сырой воздушный источник

Соедините этот порт с портом S блока от библиотеки Moisture & Trace Gas Sources, чтобы добавить или удалить влажность и проследить газ. Для получения дополнительной информации смотрите Используя Источники Газа Влажности и Трассировки.

Параметры

развернуть все

`Mechanical orientation` — Выберите ориентацию конвертера
`Positive` (значение по умолчанию) | `Negative`

Выберите относительную ориентацию конвертера относительно объема сырого воздуха в конвертере:

Positive — Увеличение сырого воздушного объема приводит к прямому вытеснению порта R относительно порта C.
Negative — Увеличение сырого воздушного объема приводит к отрицательному смещению порта R относительно порта C.

`Interface cross-sectional area` — Область, на которой сырой воздух проявляет давление, чтобы сгенерировать переводную силу
`0.01 m^2` (значение по умолчанию)

Область, на которой сырой воздух проявляет давление, чтобы сгенерировать переводную силу.

`Interface initial displacement` — Переводное смещение порта R относительно порта C в начале симуляции
`0 m` (значение по умолчанию)

Переводное смещение порта R относительно порта C в начале симуляции. Значение 0 соответствует начальному сырому воздушному объему, равному Dead volume.

Зависимости

Если Mechanical orientation является Positive, значение параметров должно быть больше, чем или равным 0.
Если Mechanical orientation является Negative, значение параметров должно быть меньше чем или равно 0.

`Dead volume` — Объем сырого воздуха, когда интерфейсное смещение 0
`1e-5 m^3` (значение по умолчанию)

Объем сырого воздуха, когда интерфейсное смещение 0.

`Cross-sectional area at port A` — Область, нормальная, чтобы течь путь во входном отверстии конвертера
`0.01 m^2` (значение по умолчанию)

Площадь поперечного сечения входного отверстия конвертера, в направлении, нормальном к пути к воздушному потоку.

`Environment pressure specification` — Выберите метод спецификации для давления среды
`Atmospheric pressure` (значение по умолчанию) | `Specified pressure`

Выберите метод спецификации для давления среды:

Atmospheric pressure — Используйте атмосферное давление, заданное блоком Moist Air Properties (MA), соединенным со схемой.
Specified pressure — Задайте значение при помощи параметра Environment pressure.

`Environment pressure` — Давление вне конвертера
`0.101325 MPa` (значение по умолчанию)

Давление вне конвертера, действующего против давления конвертера сырой воздушный объем. Значение 0 указывает, что конвертер расширяется в вакуум.

Зависимости

Enabled, когда параметр Environment pressure specification устанавливается на Specified pressure.

`Relative humidity at saturation` — Относительная влажность, выше которой происходит конденсация
`1` (значение по умолчанию)

Относительная влажность, выше которой происходит конденсация.

`Condensation time constant` — Масштаб времени для конденсации
`1e-3 s` (значение по умолчанию)

Характеристический масштаб времени, в котором перенасыщенный сырой воздушный объем возвращается к насыщению путем сжатия избыточной влажности.

Образцовые примеры

Медицинский вентилятор с моделью легкого

Моделирует положительное давление медицинская система вентилятора. Предварительно установленная скорость потока жидкости предоставляется пациенту. Легкие моделируются с Переводным Механическим Конвертером (MA), который преобразовывает сырое давление воздуха в переводное движение. Путем установки Интерфейсной площади поперечного сечения на единицу смещение в механической переводной сети становится прокси для объема, сила становится прокси для давления, коэффициент упругости становится прокси для дыхательной диэлектрической емкости, и коэффициент затухания становится прокси для дыхательного сопротивления.

Открытая модель

Пневматический привод с влажностью

Как Библиотекой Основы Simscape™ сырые воздушные компоненты можно пользоваться, чтобы смоделировать пневматический привод, действующий во влажной среде. Распределительный клапан является подсистемой, состоявшей из четырех Переменных Локальных Ограничений (MA) блоки, и Привод Двойного действия является подсистемой, состоявшей из двух Переводных Механических Конвертеров (MA) блоки в противоположной механической ориентации.

Открытая модель

Документация

Переводный механический конвертер (MA)

Описание

Переменные

Предположения и ограничения

Порты

Вывод

`W` Уровень измерения конденсации, kg/s
физический сигнал

`F` Векторный физический сигнал, содержащий давление, температуру, влажность и данные об уровнях газа трассировки
вектор физического сигнала

Сохранение

`A` Конвертер вставляется
сырой воздух

`H` Температура в конвертере
тепловой

`R` Стержень
переводное механическое устройство

`C` Случай
переводное механическое устройство

`S` Введите или извлеките влажность и проследите газ
сырой воздушный источник

Параметры

`Mechanical orientation` — Выберите ориентацию конвертера
`Positive` (значение по умолчанию) | `Negative`

`Interface cross-sectional area` — Область, на которой сырой воздух проявляет давление, чтобы сгенерировать переводную силу
`0.01 m^2` (значение по умолчанию)

`Interface initial displacement` — Переводное смещение порта R относительно порта C в начале симуляции
`0 m` (значение по умолчанию)

Зависимости

`Dead volume` — Объем сырого воздуха, когда интерфейсное смещение 0
`1e-5 m^3` (значение по умолчанию)

`Cross-sectional area at port A` — Область, нормальная, чтобы течь путь во входном отверстии конвертера
`0.01 m^2` (значение по умолчанию)

`Environment pressure specification` — Выберите метод спецификации для давления среды
`Atmospheric pressure` (значение по умолчанию) | `Specified pressure`

`Environment pressure` — Давление вне конвертера
`0.101325 MPa` (значение по умолчанию)

Зависимости

`Relative humidity at saturation` — Относительная влажность, выше которой происходит конденсация
`1` (значение по умолчанию)

`Condensation time constant` — Масштаб времени для конденсации
`1e-3 s` (значение по умолчанию)

Образцовые примеры

Медицинский вентилятор с моделью легкого

Пневматический привод с влажностью

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Темы

Введенный в R2018a

Документация Simscape

Поддержка

Документация

Переводный механический конвертер (MA)

Описание

Переменные

Предположения и ограничения

Порты

Вывод

W Уровень измерения конденсации, kg/s физический сигнал

F Векторный физический сигнал, содержащий давление, температуру, влажность и данные об уровнях газа трассировки вектор физического сигнала

Сохранение

A Конвертер вставляется сырой воздух

H Температура в конвертере тепловой

R Стержень переводное механическое устройство

C Случай переводное механическое устройство

S Введите или извлеките влажность и проследите газ сырой воздушный источник

Параметры

Mechanical orientation — Выберите ориентацию конвертера Positive (значение по умолчанию) | Negative

Interface cross-sectional area — Область, на которой сырой воздух проявляет давление, чтобы сгенерировать переводную силу 0.01 m^2 (значение по умолчанию)

Interface initial displacement — Переводное смещение порта R относительно порта C в начале симуляции 0 m (значение по умолчанию)

Зависимости

Dead volume — Объем сырого воздуха, когда интерфейсное смещение 0 1e-5 m^3 (значение по умолчанию)

Cross-sectional area at port A — Область, нормальная, чтобы течь путь во входном отверстии конвертера 0.01 m^2 (значение по умолчанию)

Environment pressure specification — Выберите метод спецификации для давления среды Atmospheric pressure (значение по умолчанию) | Specified pressure

Environment pressure — Давление вне конвертера 0.101325 MPa (значение по умолчанию)

Зависимости

Relative humidity at saturation — Относительная влажность, выше которой происходит конденсация 1 (значение по умолчанию)

Condensation time constant — Масштаб времени для конденсации 1e-3 s (значение по умолчанию)

Образцовые примеры

Медицинский вентилятор с моделью легкого

Пневматический привод с влажностью

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Темы

Введенный в R2018a

Документация Simscape

Поддержка

`W` Уровень измерения конденсации, kg/s
физический сигнал

`F` Векторный физический сигнал, содержащий давление, температуру, влажность и данные об уровнях газа трассировки
вектор физического сигнала

`A` Конвертер вставляется
сырой воздух

`H` Температура в конвертере
тепловой

`R` Стержень
переводное механическое устройство

`C` Случай
переводное механическое устройство

`S` Введите или извлеките влажность и проследите газ
сырой воздушный источник

`Mechanical orientation` — Выберите ориентацию конвертера
`Positive` (значение по умолчанию) | `Negative`

`Interface cross-sectional area` — Область, на которой сырой воздух проявляет давление, чтобы сгенерировать переводную силу
`0.01 m^2` (значение по умолчанию)

`Interface initial displacement` — Переводное смещение порта R относительно порта C в начале симуляции
`0 m` (значение по умолчанию)

`Dead volume` — Объем сырого воздуха, когда интерфейсное смещение 0
`1e-5 m^3` (значение по умолчанию)

`Cross-sectional area at port A` — Область, нормальная, чтобы течь путь во входном отверстии конвертера
`0.01 m^2` (значение по умолчанию)

`Environment pressure specification` — Выберите метод спецификации для давления среды
`Atmospheric pressure` (значение по умолчанию) | `Specified pressure`

`Environment pressure` — Давление вне конвертера
`0.101325 MPa` (значение по умолчанию)

`Relative humidity at saturation` — Относительная влажность, выше которой происходит конденсация
`1` (значение по умолчанию)

`Condensation time constant` — Масштаб времени для конденсации
`1e-3 s` (значение по умолчанию)

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