Translational Mechanical Converter (G)

Интерфейс между газовыми и механическими поступательными сетями

Библиотека:
Simscape / Библиотека Основы / Газ / Элементы

Описание

Блок Translational Mechanical Converter (G) моделирует интерфейс между газовой сетью и механической поступательной сетью. Блок преобразует давление газа в механическую силу и наоборот. Это может использоваться в качестве базового блока для линейных приводов.

Конвертер содержит переменный объем газа. Давление и температура развивается на основе сжимаемости и тепловой способности этого объема газа. Если Mechanical orientation установлен в Positive, затем увеличение объема газа приводит к прямому вытеснению порта R относительно порта C. Если Mechanical orientation установлен в Negative, затем увеличение объема газа приводит к отрицательному смещению порта R относительно порта C.

Порт A является портом сохранения газа, сопоставленным с входом конвертера. Порт H является тепловым портом сохранения, сопоставленным с температурой газа в конвертере. Порты R и C являются портами механической передачи, сопоставленными с движущимся интерфейсом и преобразованием регистра конвертера, соответственно.

Массовый баланс

Массовое уравнение сохранения похоже на это для блока Constant Volume Chamber (G) с дополнительным условием, связанным с изменением в объеме газа:

$\frac{\partial M}{\partial p} \cdot \frac{d p_{I}}{d t} + \frac{\partial M}{\partial T} \cdot \frac{d T_{I}}{d t} + ρ_{I} \frac{d V}{d t} = {\dot{m}}_{A}$

где:

$\frac{\partial M}{\partial p}$ частная производная массы объема газа относительно давления при постоянной температуре и объеме.
$\frac{\partial M}{\partial T}$ частная производная массы объема газа относительно температуры в постоянном давлении и объеме.
p _я - давление объема газа. Давление в порте A принято равное этому давлению, p = p _I.
T _я - температура объема газа. Температура в порте H принята равная этой температуре, T _H = T _I.
ρ _я - плотность объема газа.
V является объемом газа.
t время.
$\dot{m}$ _A является массовой скоростью потока жидкости в порте A. Скорость потока жидкости, сопоставленная с портом, положительна, когда она течет в блок.

Энергетический баланс

Уравнение энергосбережения также похоже на это для блока Constant Volume Chamber (G). Дополнительное условие составляет изменение в объеме газа, а также объем давления работает сделанный газом в движущемся интерфейсе:

$\frac{\partial U}{\partial p} \cdot \frac{d p_{I}}{d t} + \frac{\partial U}{\partial T} \cdot \frac{d T_{I}}{d t} + ρ_{I} h_{I} \frac{d V}{d t} = Φ_{A} + Q_{H}$

где:

$\frac{\partial U}{\partial p}$ частная производная внутренней энергии объема газа относительно давления при постоянной температуре и объеме.
$\frac{\partial U}{\partial T}$ частная производная внутренней энергии объема газа относительно температуры в постоянном давлении и объеме.
Ф_A является энергетической скоростью потока жидкости в порте A.
Q _H является уровнем теплового потока в порте H.
h _я - определенная энтальпия объема газа.

Частные производные для совершенных и полусовершенных газовых моделей

Частные производные массового M и внутренней энергии U объема газа, относительно давления и температуры в постоянном объеме, зависят от газовой модели свойства. Для совершенных и полусовершенных газовых моделей уравнения:

$\begin{array}{l} \frac{\partial M}{\partial p} = V \frac{ρ_{I}}{p_{I}} \\ \frac{\partial M}{\partial T} = - V \frac{ρ_{I}}{T_{I}} \\ \frac{\partial U}{\partial p} = V (\frac{h_{I}}{Z R T_{I}} - 1) \\ \frac{\partial U}{\partial T} = V ρ_{I} (c_{p I} - \frac{h_{I}}{T_{I}}) \end{array}$

где:

ρ _я - плотность объема газа.
V является объемом газа.
h _я - определенная энтальпия объема газа.
Z является фактором сжимаемости.
R является определенной газовой константой.
_Пи c является удельной теплоемкостью в постоянном давлении объема газа.

Частные производные для действительной газовой модели

Для действительной газовой модели, частных производных массового M и внутренней энергии U объема газа, относительно давления и температуры в постоянном объеме:

$\begin{array}{l} \frac{\partial M}{\partial p} = V \frac{ρ_{I}}{β_{I}} \\ \frac{\partial M}{\partial T} = - V ρ_{I} α_{I} \\ \frac{\partial U}{\partial p} = V (\frac{ρ_{I} h_{I}}{β_{I}} - T_{I} α_{I}) \\ \frac{\partial U}{\partial T} = V ρ_{I} (c_{p I} - h_{I} α_{I}) \end{array}$

где:

β является изотермическим модулем объемной упругости объема газа.
α является изобарным тепловым коэффициентом расширения объема газа.

Объем газа

Объем газа зависит от смещения движущегося интерфейса:

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

где:

_{Мертвый} V является мертвым объемом.
_Int S является интерфейсной площадью поперечного сечения.
_Int x 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.

Обеспечьте баланс

Баланс силы через движущийся интерфейс на объеме газа

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

где:

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

Переменные

Чтобы установить приоритет и начальные целевые значения для переменных в блоках 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 Переменных в блоках и Начальные условия для Блоков с Конечным Объемом газа.

Предположения и ограничения

Преобразование регистра конвертера совершенно твердо.
Нет никакого сопротивления потока между портом A и внутренней частью конвертера.
Нет никакого теплового сопротивления между портом H и внутренней частью конвертера.
Движущийся интерфейс отлично изолируется.
Блок не моделирует механические эффекты движущегося интерфейса, такие как жесткий упор, трение и инерция.

Порты

Сохранение

развернуть все

`A` — Конвертер вставляется
газ

Порт сохранения газа сопоставлен с входом конвертера.

`H` — Температура в конвертере
тепловой

Тепловой порт сохранения, сопоставленный с температурой газа в конвертере.

`R` — Стержень
поступательное механическое устройство

Порт механической передачи сопоставлен с движущимся интерфейсом.

`C` — Случай
поступательное механическое устройство

Порт механической передачи сопоставлен с преобразованием регистра конвертера.

Параметры

развернуть все

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

Выберите относительную ориентацию конвертера относительно объема газа конвертера:

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

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

Область, на которой газ проявляет давление, чтобы сгенерировать поступательную силу.

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

Поступательное смещение порта R относительно порта C в начале симуляции. Значение 0 соответствует начальному объему газа, равному Dead volume.

Зависимости

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

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

Объем газа, когда интерфейсное смещение 0.

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

Площадь поперечного сечения входа конвертера, в направлении, нормальном к пути к потоку газа.

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

Выберите метод спецификации при давлении среды:

Atmospheric pressure — Используйте атмосферное давление, заданное блоком Gas Properties (G), 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 объема газа конвертера. Значение 0 указывает, что конвертер расширяется в вакуум.

Зависимости

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

Примеры модели

Пневматическая схема приведения в действие

Как компоненты газа Библиотеки Основы могут использоваться, чтобы смоделировать управляемый пневматический привод. Распределительный клапан является подсистемой маскированной, созданной из Переменных Локальных блоков Ограничения (G), чтобы смоделировать открытие и закрытие путей к потоку. Привод Двойного действия является подсистемой маскированной, созданной из Поступательного Механического Конвертера (G) блоки, чтобы смоделировать интерфейс между газовой сетью и механической поступательной сетью.

Открытая модель

Документация

Translational Mechanical Converter (G)

Описание

Массовый баланс

Энергетический баланс

Частные производные для совершенных и полусовершенных газовых моделей

Частные производные для действительной газовой модели

Объем газа

Обеспечьте баланс

Переменные

Предположения и ограничения

Порты

Сохранение

`A` — Конвертер вставляется
газ

`H` — Температура в конвертере
тепловой

`R` — Стержень
поступательное механическое устройство

`C` — Случай
поступательное механическое устройство

Параметры

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

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

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

Зависимости

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

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

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

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

Зависимости

Примеры модели

Пневматическая схема приведения в действие

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Темы

Введенный в R2017b

Документация Simscape

Поддержка

Документация

Translational Mechanical Converter (G)

Описание

Массовый баланс

Энергетический баланс

Частные производные для совершенных и полусовершенных газовых моделей

Частные производные для действительной газовой модели

Объем газа

Обеспечьте баланс

Переменные

Предположения и ограничения

Порты

Сохранение

A — Конвертер вставляется газ

H — Температура в конвертере тепловой

R — Стержень поступательное механическое устройство

C — Случай поступательное механическое устройство

Параметры

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

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

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

Зависимости

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

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

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

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

Зависимости

Примеры модели

Пневматическая схема приведения в действие

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Темы

Введенный в R2017b

Документация Simscape

Поддержка

`A` — Конвертер вставляется
газ

`H` — Температура в конвертере
тепловой

`R` — Стержень
поступательное механическое устройство

`C` — Случай
поступательное механическое устройство

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

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

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

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

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

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

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

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