Rotational Mechanical Converter (G)

Интерфейс между газом и сетями вращательного механического устройства

Библиотека:
Simscape / Библиотека Основы / Газ / Элементы

Описание

Блок Rotational Mechanical Converter (G) моделирует интерфейс между газовой сетью и сетью вращательного механического устройства. Блок преобразует давление газа в механический крутящий момент и наоборот. Это может использоваться в качестве базового блока для ротационных 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 положительному вращению порта R относительно порта C. Если Mechanical orientation установлен в Negative, затем увеличение объема газа приводит к отрицательному вращению 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 сохранения вращательного механического устройства, сопоставленными с движущимся интерфейсом и преобразованием регистра конвертера, соответственно.

Баланс массы

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 при постоянном давлении и объеме.
p _я - давление объема газа. Давление в порте А 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 массовым расходом 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 при 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 при 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 вращения движущегося интерфейса:

$V = V_{d e a d} + D_{int} θ_{int} ε_{int}$

где:

_{Мертвый} V является мертвым объемом.
_Int D является интерфейсным смещением объема.
_Int θ является интерфейсным вращением.
_Int ε является механическим коэффициентом ориентации. Если Mechanical orientation является Positive, _int ε = 1. Если Mechanical orientation является Negative, _int ε = –1.

Закрутите баланс

Баланс крутящего момента через движущийся интерфейс на объеме газа

$τ_{int} = (p_{e n v} - p_{I}) D_{int} ε_{int}$

где:

_Int τ является крутящим моментом 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.

Допущения 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
вращательное механическое устройство

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с движущимся интерфейсом.

`C` — Случай
вращательное механическое устройство

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с преобразованием регистра конвертера.

Параметры

развернуть все

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

Выберите выравнивание движущегося интерфейса относительно объема газа конвертера:

Positive — Увеличение объема газа приводит к положительному вращению порта R относительно порта C.
Negative — Увеличение объема газа приводит к отрицательному вращению порта R относительно порта C.

`Interface volume displacement` — Перемещенный объем газа на модульное вращение
`0.01 m^3/rad` (значение по умолчанию)

Перемещенный объем газа на модульное вращение движущегося интерфейса.

`Interface initial rotation` — Вращательное смещение порта R относительно порта C в начале симуляции
`0 rad` (значение по умолчанию)

Вращательное 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 вращение 0
`1e-5 m^3` (значение по умолчанию)

Объем газа, когда интерфейсное вращение 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.

Документация

Rotational Mechanical Converter (G)

Описание

Баланс массы

Энергетический баланс

Частные производные для совершенных и полусовершенных газовых моделей

Частные производные для действительной газовой модели

Объем газа

Закрутите баланс

Переменные

Допущения и ограничения

Порты

Сохранение

`A` — Конвертер вставляется
газ

`H` — Температура в конвертере
тепловой

`R` — Стержень
вращательное механическое устройство

`C` — Случай
вращательное механическое устройство

Параметры

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

`Interface volume displacement` — Перемещенный объем газа на модульное вращение
`0.01 m^3/rad` (значение по умолчанию)

`Interface initial rotation` — Вращательное смещение порта R относительно порта C в начале симуляции
`0 rad` (значение по умолчанию)

Зависимости

`Dead volume` — Объем газа, когда интерфейсное вращение 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

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Темы

Документация Simscape

Поддержка

Документация

Rotational Mechanical Converter (G)

Описание

Баланс массы

Энергетический баланс

Частные производные для совершенных и полусовершенных газовых моделей

Частные производные для действительной газовой модели

Объем газа

Закрутите баланс

Переменные

Допущения и ограничения

Порты

Сохранение

A — Конвертер вставляется газ

H — Температура в конвертере тепловой

R — Стержень вращательное механическое устройство

C — Случай вращательное механическое устройство

Параметры

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

Interface volume displacement — Перемещенный объем газа на модульное вращение 0.01 m^3/rad (значение по умолчанию)

Interface initial rotation — Вращательное смещение порта R относительно порта C в начале симуляции 0 rad (значение по умолчанию)

Зависимости

Dead volume — Объем газа, когда интерфейсное вращение 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

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Темы

Документация Simscape

Поддержка

`A` — Конвертер вставляется
газ

`H` — Температура в конвертере
тепловой

`R` — Стержень
вращательное механическое устройство

`C` — Случай
вращательное механическое устройство

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

`Interface volume displacement` — Перемещенный объем газа на модульное вращение
`0.01 m^3/rad` (значение по умолчанию)

`Interface initial rotation` — Вращательное смещение порта R относительно порта C в начале симуляции
`0 rad` (значение по умолчанию)

`Dead volume` — Объем газа, когда интерфейсное вращение 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 Simulink® Coder™.