Интерфейс между двухфазной текучей средой и механическими поступательными сетями
Двухфазная жидкость/элементы
Блок Translational Mechanical Converter (2P) моделирует интерфейс между двухфазной текучей средой и механическими поступательными сетями. Интерфейс преобразует давление в жидкостной сети в силу в механической поступательной сети и наоборот.
Этот блок позволяет моделировать линейный привод с питанием от двухфазной жидкостной системы. Однако он не учитывает массу, трение или жесткие упоры, распространенные в линейных приводах. Эти эффекты можно моделировать отдельно с помощью Simscape™ блоков, таких как «Масса», «Поступательное трение» и «Поступательный жесткий стоп».
Порт А представляет собой вход, через который текучая среда входит и выходит из преобразователя. Порты C и R представляют корпус преобразователя и интерфейс перемещения соответственно. Порт Н представляет собой стенку, через которую преобразователь обменивается теплом со своим окружением.
Направление силы зависит от механической ориентации преобразователя. Если параметр Механическая ориентация (Mechanical Orientation) установлен в положительное значение, то положительный расход через вход имеет тенденцию к перемещению поверхности раздела в положительном направлении относительно корпуса преобразователя.
Положительная механическая ориентация
Если параметр Механическая ориентация (Mechanical Orientation) установлен в отрицательное значение, то положительный массовый расход через вход имеет тенденцию перемещать поверхность раздела в отрицательном направлении относительно корпуса преобразователя.
Отрицательная механическая ориентация
Сопротивление потоку между портом А и внутренним пространством преобразователя принимается незначительным. Потери давления между ними приблизительно равны нулю. Поэтому давление в канале А равно давлению в преобразователе:
pI,
где:
pA - давление в порту A.
pI - давление в конвертере.
Аналогично, термическое сопротивление между портом Н и внутренним пространством преобразователя принимается незначительным. Градиент температуры между ними равен приблизительно нулю. Поэтому температура в канале Н равна температуре в преобразователе:
TI,
где:
TH - температура в порту H.
TI - температура в конвертере.
Объем жидкости в конвертере представляет собой сумму мертвых и смещенных объемов жидкости. Мертвый объем - это количество жидкости, оставшейся в конвертере при нулевом смещении границы раздела. Этот объем позволяет моделировать эффекты динамической сжимаемости и тепловой емкости, даже если интерфейс находится в нулевом положении.
Объем смещения представляет собой количество текучей среды, добавляемой к преобразователю за счет перемещения поверхности раздела. Этот объем увеличивается со смещением интерфейса. Общий объем в преобразователе как функция смещения интерфейса составляет
где:
V - общий объем жидкости в преобразователе.
Vdead - мертвый объём преобразователя.
Sint - площадь поперечного сечения границы раздела, принимаемая равной площади поперечного сечения входа.
xint - смещение движущегося интерфейса.
∊or - механическая ориентация преобразователя (1 если повышение давления жидкости вызывает положительное смещение R относительно С, -1 если повышение давления жидкости вызывает отрицательное смещение R относительно С).
При подключении преобразователя к соединению Multibody используйте порт p ввода физического сигнала для задания смещения порта R относительно порта C. В противном случае блок вычисляет смещение интерфейса по относительным скоростям порта в соответствии с уравнениями блоков. Смещение границы раздела равно нулю, когда объем текучей среды равен мертвому объему. Затем, в зависимости от значения параметра Ориентация Mechanical (Mechanical orientation):
Если Pressure at A causes positive displacement of R relative to C, смещение границы раздела увеличивается, когда объем текучей среды увеличивается от мертвого объема.
Если Pressure at A causes negative displacement of R relative to C, смещение границы раздела уменьшается, когда объем текучей среды увеличивается от мертвого объема.
При равновесии внутреннее давление в преобразователе противодействует внешнему давлению окружающей его среды и силе, создаваемой механической сетью на поверхности раздела. Эта сила является обратной силе силы, приложенной жидкостной сетью. Таким образом, баланс сил в преобразователе
где:
patm - давление окружающей среды вне преобразователя.
Финт - величина силы, приложенной жидкостной сетью к перемещающейся поверхности раздела.
Общая энергия в конвертере может изменяться из-за потока энергии через вход, потока тепла через стенку конвертера и работы, выполняемой жидкостной сетью на механической сети. Таким образом, расход энергии, определяемый уравнением энергосбережения, равен
где:
E - общая энергия текучей среды в преобразователе.
β A - расход энергии в преобразователь через порт A.
ϕH уровень теплового потока в конвертер через порт H.
Принимая кинетическую энергию текучей среды в конвертере как незначительную, общая энергия текучей среды уменьшается до:
MuI,
где:
М - масса жидкости в конвертере.
uI - удельная внутренняя энергия текучей среды в преобразователе.
Масса текучей среды в конвертере может изменяться из-за потока через вход, представленный портом А. Массовый расход, заданный уравнением сохранения массы, поэтому
где:
- массовый расход в преобразователь через порт A.
Изменение массы текучей среды может сопровождать изменение объема текучей среды из-за перемещения подвижной границы раздела. Это также может сопровождать изменение плотности массы вследствие изменения давления или удельной внутренней энергии в конвертере. Массовая скорость изменения в преобразователе тогда
pu˙I]V+Sintx˙intϵorvI,
где:
u - частная производная плотности по отношению к давлению при постоянной удельной внутренней энергии.
p - частная производная плотности относительно удельной внутренней энергии при постоянном давлении.
vI - удельный объем жидкости в преобразователе.
Блок смешивает частные производные плотности различных доменов с помощью кубической полиномиальной функции. При качестве пара 0-0,1 эта функция смешивает производные переохлажденной жидкости и двухфазной смеси доменов. При качестве пара 0,9-1 он смешивает домены двухфазной смеси и перегретого пара.
Сглаженные частные производные плотности вводят в исходное уравнение сохранения массы нежелательные числовые ошибки. Чтобы исправить эти ошибки, блок добавляет поправочный член
где:
∊M - поправочный термин.
λ - постоянная времени фазового изменения - характерная длительность события фазового изменения. Эта постоянная гарантирует, что фазовые изменения не происходят мгновенно, эффективно вводя временную задержку всякий раз, когда они происходят.
Конечной формой уравнения сохранения массы является
pu˙I]V+Dvolθ˙intϵorvI=m˙A+ϵM.
Блок использует это уравнение для вычисления внутреннего давления в конвертере с учетом массового расхода через вход.
Стенки преобразователя выполнены жесткими. Они не деформируются под давлением.
Сопротивление потоку между портом А и внутренним пространством преобразователя является незначительным. Давление одинаковое в порту А и во внутренней части преобразователя.
Тепловое сопротивление между портом Н и внутренней частью преобразователя ничтожно мало. Температура одинакова в порту H и во внутренней части преобразователя.
Подвижный интерфейс полностью герметизирован. Утечка жидкости через поверхность раздела отсутствует.
Механические эффекты, такие как жесткие упоры, инерция и трение, игнорируются.
Выравнивание движущейся границы раздела относительно объема жидкости в преобразователе:
Pressure at A causes positive displacement of R relative to C - Увеличение объема жидкости приводит к положительному смещению порта R относительно порта C. По умолчанию.
Pressure at A causes negative displacement of R relative to C - Увеличение объема жидкости приводит к отрицательному смещению порта R относительно порта C.
Выберите метод определения смещения порта R относительно порта C:
Calculate from velocity of port R relative to port C - Рассчитать смещение по относительным скоростям порта на основе блочных уравнений. Это метод по умолчанию.
Provide input signal from Multibody joint - Разрешить входному физическому сигнальному порту p передавать информацию о смещении из соединения Multibody. Этот метод используется только при подключении преобразователя к соединению Multibody с помощью блока Translational Multibody Interface. Дополнительные сведения см. в разделе Как передать информацию о позиции.
Поступательное смещение движущегося интерфейса в начале моделирования. Нулевое смещение соответствует общему объему текучей среды в конвертере, равному заданному мертвому объему. Значение по умолчанию: 0 м.
Если механическая ориентация Pressure at A causes positive displacement of R relative to Cзначение параметра должно быть больше или равно 0.
Если механическая ориентация Pressure at A causes negative displacement of R relative to C, значение параметра должно быть меньше или равно 0.
Этот параметр активируется, если для параметра «Смещение интерфейса» установлено значение Calculate from velocity of port R relative to port C.
Площадь по нормали к направлению потока на входе в преобразователь. Эта площадь не обязательно должна совпадать с площадью входа. Потери давления из-за изменения площади потока внутри преобразователя игнорируются. Значение по умолчанию: 0.01 м ^ 2.
Объем жидкости, оставшийся в преобразователе, когда смещение границы раздела равно нулю. Мертвый объем позволяет блоку учитывать накопление массы и энергии в преобразователе даже при нулевом смещении интерфейса. Значение по умолчанию: 1e-5 м ^ 3.
Площадь потока на входе преобразователя, представляемая портом А. Эта площадь не обязательно должна быть такой же, как площадь поперечного сечения границы раздела. Потери давления из-за изменения площади потока внутри преобразователя игнорируются. Значение по умолчанию: 0.01 м ^ 2.
Характеристики давления окружающей среды. Выбрать Atmospheric pressure для установки давления окружающей среды на атмосферное давление, указанное в блоке «Свойства двухфазной текучей среды» (2P). Выбрать Specified pressure для установки другого значения давления окружающей среды. Значение по умолчанию: Atmospheric pressure.
Абсолютное давление окружающей среды. Давление окружающей среды действует против внутреннего давления преобразователя и влияет на движение вала преобразователя. Этот параметр активен только в том случае, если для параметра Environment pressure specification установлено значение Specified pressure. Значение по умолчанию, 0.101325 МПа, соответствует атмосферному давлению на среднем уровне моря.
Термодинамическая переменная, в терминах которой определяются исходные условия компонента. Значение по умолчанию: Temperature.
Давление в камере в начале моделирования, заданное против абсолютного нуля. Значение по умолчанию: 0.101325 МПа.
Температура в камере в начале моделирования, заданная против абсолютного нуля. Этот параметр активен, если для опции Начальная спецификация энергии текучей среды (Initial fluid energy specification) установлено значение Temperature. Значение по умолчанию: 293.15 K.
Массовая доля пара в камере в начале моделирования. Этот параметр активен, если для опции Начальная спецификация энергии текучей среды (Initial fluid energy specification) установлено значение Vapor quality. Значение по умолчанию: 0.5.
Объемная доля пара в камере в начале моделирования. Этот параметр активен, если для опции Начальная спецификация энергии текучей среды (Initial fluid energy specification) установлено значение Vapor void fraction. Значение по умолчанию: 0.5.
Специфическая энтальпия жидкости в камере в начале моделирования. Этот параметр активен, если для опции Начальная спецификация энергии текучей среды (Initial fluid energy specification) установлено значение Specific enthalpy. Значение по умолчанию: 1500 кДж/кг.
Удельная внутренняя энергия жидкости в камере в начале моделирования. Этот параметр активен, если для опции Начальная спецификация энергии текучей среды (Initial fluid energy specification) установлено значение Specific internal energy. Значение по умолчанию: 1500 кДж/кг.
Характерная продолжительность события фазового изменения. Эта константа вносит временной лаг в переход между фазами. Значение по умолчанию: 0.1 s.
Блок имеет следующие порты:
AДвухфазное отверстие для сохранения текучей среды, связанное с входом преобразователя.
HТеплосберегающее отверстие, представляющее поверхность преобразователя, через которую происходит теплообмен.
RМеханический консервационный порт, связанный со стержнем преобразователя.
CМеханический консервационный порт, связанный с корпусом преобразователя.
PПорт ввода физического сигнала, передающий информацию о положении из соединения Simscape Multibody™. Подключите этот порт к порту p определения положения соединения. Дополнительные сведения см. в разделе Подключение сетей Simscape к множественным соединениям Simscape. Чтобы включить этот порт, установите для параметра Interface displacement значение Provide input signal from Multibody joint.
Вращательный механический преобразователь (2P) | Трансляционный мультибиблиотечный интерфейс