Интерфейс между двухфазной жидкостью и сетями вращательного механического устройства
Двухфазная Жидкость/Элементы
Блок Rotational Mechanical Converter (2P) моделирует интерфейс между двухфазной жидкостью и сетями вращательного механического устройства. Интерфейс преобразует давление в гидросистеме в крутящий момент в сети вращательного механического устройства и наоборот.
Этот блок позволяет вам смоделировать ротационный привод, приводимый в действие двухфазной гидросистемой. Это, однако, не составляет инерцию, трение или жесткие упоры, распространенные в ротационных приводах. Можно смоделировать эти эффекты отдельно с помощью блоков Simscape, таких как Inertia, Rotational Friction и Rotational Hard Stop.
Порт А представляет вход, через который жидкость вводит и выходит из конвертера. Порты C и R представляют преобразование регистра конвертера и перемещение интерфейса, соответственно. Порт H представляет стенку, через которую обмены конвертера нагреваются с его средой.
Направление крутящего момента зависит от механической ориентации конвертера. Если параметр Mechanical Orientation положителен, то положительная скорость потока жидкости через вход имеет тенденцию вращать движущийся интерфейс в положительном направлении относительно преобразования регистра конвертера.
Положительная механическая ориентация
Если параметр Mechanical Orientation отрицателен, то положительный массовый расход жидкости через вход имеет тенденцию вращать движущийся интерфейс в обратном направлении относительно преобразования регистра конвертера.
Отрицательная механическая ориентация
Сопротивление потока между портом А и внутренней частью конвертера принято незначительное. Падение давления между этими двумя является приблизительно нулем. Давление в порте А поэтому равно этому в конвертере:
где:
p A является давлением в порте А.
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:
где:
T H является температурой в порте H.
T я - температура в конвертере.
Объем жидкости в конвертере является суммой мертвых и перемещенных объемов жидкости. 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.
Рабочий объем является количеством жидкости, добавленной к конвертеру из-за вращения движущегося интерфейса. Этот объем увеличивается с интерфейсным углом. Суммарный объем в конвертере в зависимости от интерфейсного угла
где:
V является суммарным объемом жидкости в конвертере.
Мертвый V является мертвым объемом конвертера.
D vol является перемещенным объемом жидкости на модульное вращение интерфейса.
Int θ является углом поворота движущегося интерфейса.
∊ или является механической ориентацией конвертера (1 если увеличение жидкого давления вызывает положительное вращение R относительно C, -1 если увеличение жидкого давления вызывает отрицательное вращение R относительно C).
Если вы соединяете конвертер с Мультисуставом, используйте входной порт физического сигнала q, чтобы задать вращение порта R относительно порта C. В противном случае блок вычисляет интерфейсное вращение от относительных скоростей вращения порта, согласно уравнениям блока. Интерфейсное вращение является нулем, когда объем жидкости равен мертвому объему. Затем в зависимости от значения параметров Mechanical orientation:
Если Pressure at A causes positive rotation of R relative to C, интерфейсное вращение увеличивается, когда объем жидкости увеличивается с мертвого объема.
Если Pressure at A causes negative rotation of R relative to C, интерфейсное вращение уменьшается, когда объем жидкости увеличивается с мертвого объема.
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 гидросистемой. Баланс крутящего момента в конвертере поэтому
где:
Банкомат p является экологическим давлением вне конвертера.
Int t является величиной крутящего момента, проявленного гидросистемой в движущемся интерфейсе.
Полная энергия в конвертере может измениться из-за энергетического потока через вход, теплового потока через стенку конвертера, и работать сделанная над механической сетью. Энергетическая скорость потока жидкости, данная уравнением энергосбережения, поэтому
где:
E является полной энергией жидкости в конвертере.
ϕ A является энергетической скоростью потока жидкости в конвертер через порт А.
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:
где:
M является жидкой массой в конвертере.
u я - определенная внутренняя энергия жидкости в конвертере.
Жидкая масса в конвертере может измениться должный течь через вход, представленный портом А. Массовый расход жидкости, данный массовым уравнением сохранения, поэтому
где:
массовый расход жидкости в конвертер через порт А.
Изменение в жидкой массе может сопровождать изменение в объеме жидкости, 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
где:
частная производная плотности относительно давления в постоянной определенной внутренней энергии.
частная производная плотности относительно определенной внутренней энергии при 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 откорректировать для этих ошибок, блок добавляет срок коррекции
где:
∊ M является сроком коррекции.
τ является постоянной времени 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
Блок использует это уравнение, чтобы вычислить внутреннее давление в конвертере, учитывая массовый расход жидкости через вход.
Стенки конвертера тверды. Они не деформируются под давлением.
Сопротивление потока между портом А и внутренней частью конвертера незначительно. Давление является тем же самым в порте А 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 упоры, инерция, и трение.
Выравнивание движущегося интерфейса относительно объема жидкости в конвертере:
Pressure at A causes positive rotation of R relative to C — Увеличение объема жидкости приводит к положительному вращению порта R относительно порта C.
Pressure at A causes negative rotation of R relative to C — Увеличение объема жидкости приводит к отрицательному вращению порта R относительно порта C.
Выберите метод, чтобы определить вращение порта R относительно порта C:
Calculate from velocity of port R relative to port C — Вычислите вращение от относительных скоростей порта, на основе уравнений блока. Это - метод по умолчанию.
Provide input signal from Multibody joint — Позвольте входному порту q физического сигнала передать информацию о вращении от Мультисустава. Используйте этот метод только, когда вы соедините конвертер с Мультисуставом при помощи блока Rotational Multibody Interface. Для получения дополнительной информации смотрите, Как Передать Информацию о положении.
Угол движущегося интерфейса в начале симуляции. Нулевой угол соответствует общему объему жидкости в конвертере, равном заданному мертвому объему. Значение по умолчанию 0 рад.
Если Mechanical orientation является Pressure at A causes positive rotation of R relative to C, значение параметров должно быть больше или быть равно 0.
Если Mechanical orientation является Pressure at A causes negative rotation of R relative to C, значение параметров должно быть меньше чем или равно 0.
Этот параметр включен, когда Interface rotation установлен в Calculate from velocity of port R relative to port C.
Перемещенный объем жидкости на модульное вращение движущегося интерфейса. Значением по умолчанию является 0.01 m^3/ рад.
Объем жидкости, оставленной в конвертере, когда интерфейсный угол является нулем. Мертвый объем включает блок с учетом массового хранения и аккумулирования энергии в конвертере даже под нулевым интерфейсным углом. Значением по умолчанию является 1e-5 м^3.
Площадь потока входа конвертера, представленного портом A. Падение давления из-за изменений в площади потока в конвертере проигнорировано. Значением по умолчанию является 0.01 м^2.
Характеристики давления окружающей среды. Выберите Atmospheric pressure установить давление среды на атмосферное давление, заданное в блоке Two-Phase Fluid Properties (2P). Выберите Specified pressure установить давление среды на различное значение. Настройкой по умолчанию является Atmospheric 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.
Термодинамическая переменная, в терминах которой можно задать начальные условия компонента. Настройкой по умолчанию является Temperature.
Давление в емкости в начале симуляции, заданной против абсолютного нуля. Значением по умолчанию является 0.101325 MPa.
Температура в емкости 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.
Массовая часть пара в емкости в начале симуляции. Этот параметр активен, когда опция Initial fluid energy specification установлена в Vapor quality. Значением по умолчанию является 0.5.
Часть объема пара в емкости в начале симуляции. Этот параметр активен, когда опция Initial fluid energy specification установлена в Vapor void fraction. Значением по умолчанию является 0.5.
Определенная энтальпия жидкости в емкости в начале симуляции. Этот параметр активен, когда опция Initial fluid energy specification установлена в Specific enthalpy. Значением по умолчанию является 1500 kJ/kg.
Определенная внутренняя энергия жидкости в емкости в начале симуляции. Этот параметр активен, когда опция Initial fluid energy specification установлена в Specific internal energy. Значением по умолчанию является 1500 kJ/kg.
Характеристическая длительность события фазового перехода. Эта константа вводит задержку в переход между фазами. Значением по умолчанию является 0.1 s.
Блок имеет следующие порты:
AДвухфазный жидкий порт сохранения сопоставлен с входом конвертера.
HТепловой порт сохранения, представляющий конвертер, появляется, через который происходит теплообмен.
RПорт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с ротором конвертера.
CПорт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен со случаем конвертера.
PВходной порт физического сигнала, который передает информацию о положении от соединения Simscape™ Multibody™. Соедините этот порт с портом q обнаружения положения соединения. Для получения дополнительной информации смотрите Соединяющиеся Сети Simscape к Соединениям Simscape Multibody. Чтобы включить этот порт, установите параметр Interface rotation на Provide input signal from Multibody joint.