Exponenta Banner
exponenta event banner

Трансляционный механический преобразователь (G)

Интерфейс между газовыми и механическими трансляционными сетями

развернуть все на странице
  • Библиотека:

  • Библиотека Simscape/Foundation/Газ/Элементы

  • Translational Mechanical Converter (G) block

Описание

Блок трансляционного механического преобразователя (G) моделирует интерфейс между газовой сетью и механической трансляционной сетью. Блок преобразует давление газа в механическую силу и наоборот. Может использоваться как строительный блок для линейных приводов.

Преобразователь содержит переменный объем газа. Давление и температура развиваются на основе сжимаемости и теплоемкости этого объема газа. Параметр ориентации Mechanical позволяет указать, приводит ли увеличение объема газа к положительному или отрицательному смещению порта R относительно порта C.

Порт А - это газосберегающий порт, связанный с входом преобразователя. Порт Н - это теплосберегающий порт, связанный с температурой газа внутри преобразователя. Порты R и C являются механическими передающими консервационными портами, связанными с подвижным интерфейсом и кожухом преобразователя соответственно.

Массовый баланс

Уравнение сохранения массы аналогично уравнению для блока камеры постоянного объема (G), с дополнительным членом, связанным с изменением объема газа:

∂M∂p⋅dpIdt+∂M∂T⋅dTIdt+ρIdVdt=m˙A

где:

  • ∂M∂p - частная производная массы объема газа по отношению к давлению при постоянной температуре и объеме.

  • ∂M∂T - частная производная массы объема газа по отношению к температуре при постоянном давлении и объеме.

  • pI - давление объема газа. Давление в отверстии A принимается равным этому давлению, pA = pI.

  • TI - температура объема газа. Температура в канале H принимается равной этой температуре, TH = TI.

  • δ I - плотность объема газа.

  • V - объем газа.

  • t - время.

  • m˙A - массовый расход в порту A. Расход, связанный с портом, является положительным, когда он поступает в блок.

Энергетический баланс

Уравнение энергосбережения также аналогично уравнению для блока камеры постоянного объема (G). Дополнительный термин учитывает изменение объема газа, а также работу давления-объема, выполняемую газом на движущейся границе раздела:

∂U∂p⋅dpIdt+∂U∂T⋅dTIdt+ρIhIdVdt=ΦA+QH

где:

  • ∂U∂p - частная производная внутренней энергии объема газа по отношению к давлению при постоянной температуре и объеме.

  • ∂U∂T - частная производная внутренней энергии объема газа по отношению к температуре при постоянном давлении и объеме.

  • ФА - расход энергии в порту A.

  • QH - расход тепла в порту H.

  • hI - специфическая энтальпия объема газа.

Частные производные для идеальных и полупроницаемых моделей газа

Частные производные массы М и внутренняя энергия U объема газа по отношению к давлению и температуре при постоянном объеме зависят от модели свойств газа. Для идеальных и полупрофектных газовых моделей уравнения:

∂M∂p=VρIpI∂M∂T=−VρITI∂U∂p=V (hIZRTI − 1) ∂U∂T=VρI (cpI − hITI)

где:

  • δ I - плотность объема газа.

  • V - объем газа.

  • hI - специфическая энтальпия объема газа.

  • Z - коэффициент сжимаемости.

  • R - удельная газовая постоянная.

  • cpI - удельная теплота при постоянном давлении объема газа.

Частные производные для модели реального газа

Для модели реального газа частными производными массы М и внутренней энергии U объема газа по отношению к давлению и температуре при постоянном объеме являются:

∂M∂p=VρIβI∂M∂T=−VρIαI∂U∂p=V (StartIhIβI − TIαI) ∂U∂T=VρI (cpI − hIαI)

где:

  • β - изотермический объемный модуль объема газа.

  • α - коэффициент изобарического теплового расширения объема газа.

Объем газа

Объем газа зависит от смещения подвижной границы раздела:

V = Vdead + Sintxintxpint

где:

  • Vdead - мертвый объем.

  • Синт - площадь поперечного сечения поверхности раздела.

  • xint - смещение интерфейса.

  • αint - коэффициент механической ориентации. Если механическая ориентация Pressure at A causes positive displacement of R relative to C, αint = 1. Если механическая ориентация Pressure at A causes negative displacement of R relative to C, αint = -1.

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. Смещение границы раздела равно нулю, когда объем газа 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 газа увеличивается от мертвого объема.

  • Если Pressure at A causes negative displacement of R relative to C, смещение границы раздела уменьшается, когда объем газа увеличивается от мертвого объема.

Баланс сил

Баланс сил по перемещающемуся интерфейсу на газовом объеме составляет

Финт = (penv − pI) Синтиминт

где:

  • Fint - сила от порта R к порту C.

  • penv - давление окружающей среды.

Переменные

Чтобы задать приоритет и начальные целевые значения для переменных блока перед моделированием, используйте вкладку «Переменные» в диалоговом окне блока (или раздел «Переменные» в Инспекторе свойств блока). Дополнительные сведения см. в разделе Установка приоритета и начальной цели для переменных блока и начальных условий для блоков с конечным объемом газа.

Допущения и ограничения

  • Корпус преобразователя является абсолютно жестким.

  • Сопротивление потоку между портом А и внутренним пространством преобразователя отсутствует.

  • Тепловое сопротивление между портом H и внутренним пространством преобразователя отсутствует.

  • Подвижный интерфейс полностью герметизирован.

  • Блок не моделирует механические эффекты движущегося интерфейса, такие как жесткая остановка, трение и инерция.

Порты

Вход

развернуть все

Входной физический сигнал, передающий информацию о положении от Simscape™ Multibody™ соединения. Подключите этот порт к порту p определения положения соединения. Дополнительные сведения см. в разделе Подключение сетей Simscape к множественным соединениям Simscape.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите для параметра Interface displacement значение Provide input signal from Multibody joint.

Сохранение

развернуть все

Газосберегающее отверстие, связанное с входом преобразователя.

Термосберегающее отверстие, связанное с температурой газа внутри преобразователя.

Механический консервационный порт, связанный с подвижным интерфейсом.

МЕХАНИЧЕСКОЕ ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ КОНСЕРВАЦИОННОЕ ОТВЕРСТИЕ, СВЯЗАННОЕ С КОРПУСОМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ.

Параметры

развернуть все

Выберите относительную ориентацию преобразователя относительно объема газа преобразователя:

  • Pressure at A causes positive displacement of R relative to C - Увеличение объема газа приводит к положительному смещению порта R относительно порта C.

  • Pressure at A causes negative displacement of R relative to C - Увеличение объема газа 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 порта R относительно порта C в начале моделирования. Значение 0 соответствует начальному объему газа, равному Dead volume.

Зависимости

Активируется, если для параметра Interface displacement установлено значение Calculate from velocity of port R relative to port C.

  • 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.

Область, на которую газ оказывает давление для создания поступательной силы.

Объем газа, когда смещение границы раздела равно 0.

Площадь поперечного сечения входного отверстия преобразователя в направлении, перпендикулярном газовому тракту.

Выберите метод спецификации для давления окружающей среды:

  • Atmospheric pressure - Использовать атмосферное давление, указанное блоком Gas Properties (G), подключенным к контуру.

  • Specified pressure - укажите значение с помощью параметра Давление окружающей среды (Environment pressure).

Давление вне преобразователя, действующее против давления объема газа преобразователя. Значение 0 указывает, что преобразователь расширяется до вакуума.

Зависимости

Активируется, если для параметра спецификации давления окружающей среды установлено значение Specified pressure.

Примеры модели

Pneumatic Actuation Circuit

Схема пневматического привода

Как газовые компоненты Foundation Library можно использовать для моделирования управляемого пневматического привода. Направленный клапан представляет собой маскированную подсистему, созданную из блоков переменного локального ограничения (G) для моделирования открытия и закрытия путей потока. Привод двойного действия представляет собой маскированную подсистему, созданную из блоков поступательного механического преобразователя (G) для моделирования интерфейса между газовой сетью и механической поступательной сетью.

Gamma Stirling Engine

Гамма-двигатель Стирлинга

Моделирование двигателя Gamma Stirling с использованием компонентов и доменов газовой, тепловой и механической Simscape™.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

.

См. также

|

Темы

Представлен в R2016b

Документация по Simscape

Поддержка