exponenta event banner

Трансляционный механический преобразователь (MA)

Интерфейс между влажным воздухом и механическими поступательными сетями

  • Библиотека:
  • Библиотека Simscape/Foundation/Влажный воздух/Элементы

  • Translational Mechanical Converter (MA) block

Описание

Блок трансляционного механического преобразователя (MA) моделирует интерфейс между сетью влажного воздуха и механической трансляционной сетью. Блок преобразует давление влажного воздуха в механическую силу и наоборот. Его можно использовать в качестве стандартного блока для линейных приводов.

Преобразователь содержит переменный объем влажного воздуха. Давление и температура развиваются на основе сжимаемости и теплоемкости этого объема влажного воздуха. Жидкая вода конденсируется из объема влажного воздуха, когда достигает насыщения. Параметр ориентации Mechanical позволяет указать, приводит ли увеличение объема влажного воздуха внутри преобразователя к положительному или отрицательному смещению порта R относительно порта C.

Блочные уравнения используют эти символы. Нижние индексы a, w, и g указывают свойства сухого воздуха, водяного пара и следового газа соответственно. Нижний индекс ws указывает водяной пар при насыщении. Нижние индексы A, H, и S укажите соответствующий порт. Нижний индекс I указывает свойства внутреннего объема влажного воздуха.

Массовый расход
ΦРасход энергии
QРасход тепла
pДавление
ρПлотность
RУдельная газовая константа
VОбъем влажного воздуха внутри преобразователя
условная ценаУдельное тепло при постоянном объеме
hСпецифическая энтальпия
uУдельная внутренняя энергия
xМассовая доля (xw - удельная влажность, что является еще одним термином массовой доли водяного пара)
yМолярная доля
φОтносительная влажность
rКоэффициент влажности
TТемпература
tВремя

Чистые скорости потока во влажный объем воздуха внутри преобразователя составляют

m˙net=m˙A−m˙condense+m˙wS+m˙gSΦnet=ΦA+QH−Φcondense+ΦSm˙w,net=m˙wA−m˙condense+m˙wSm˙g,net=m˙gA+m˙gS

где:

  • m˙condense - скорость конденсации.

  • Dwfcondense - скорость потери энергии из конденсированной воды.

  • ФS - это скорость энергии, добавляемой источниками влаги и следового газа. m˙wS и m˙gS - массовый расход воды и газа соответственно через порт S. Значения m˙wS, m˙gS и ФS определяются источниками влаги и следового газа, подключенными к порту S преобразователя.

Сохранение массы водяного пара связывает массовый расход водяного пара с динамикой уровня влаги во внутреннем объеме влажного воздуха:

dxwIdtρIV+xwIm˙net=m˙w,net

Аналогично сохранение массы следового газа связывает массовый расход следового газа с динамикой уровня следового газа во внутреннем объеме влажного воздуха:

dxgIdtρIV+xgIm˙net=m˙g,net

Сохранение массы смеси соотносит массовый расход смеси с динамикой давления, температуры и массовых долей внутреннего объема влажного воздуха:

(1pIdpIdt 1TIdTIdt) αIV + Ra RwRI (m˙w,net−xwm˙net) + Ra RgRI (m˙g,net−xgm˙net) +ρIV˙=m˙net

где - скорость изменения объема преобразователя.

Наконец, энергосбережение связывает расход энергии с динамикой давления, температуры и массовых долей внутреннего объема влажного воздуха:

(uwI uaI) (m˙w,net−xwm˙net) + (ugI uaI) (m˙g,net−xgm˙net) +uIm˙net=Φnet−pIV˙

Уравнение состояния соотносит плотность смеси с давлением и температурой:

pI = αIRITI

Удельная газовая константа смеси равна

RI = xaIRa + xwIRw + xgIRg

Объем преобразователя равен

V = Vdead + Sintdintxpint

где:

  • Vdead - мертвый объем.

  • Синт - площадь поперечного сечения поверхности раздела.

  • dint - 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 влажного воздуха внутри преобразователя 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 влажного воздуха увеличивается от мертвого объема.

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

Баланс сил на механическом интерфейсе:

Финт = (penv pI) Синтиминт

где:

  • Fint - сила от порта R к порту C.

  • penv - давление окружающей среды.

Сопротивление потоку и тепловое сопротивление не моделируются в преобразователе:

pA = pITH = TI

Когда объем влажного воздуха достигает насыщения, может происходить конденсация. Удельная влажность при насыщении составляет

xwsI = фwsRIRwpwsIpI

где:

  • αws - относительная влажность при насыщении (обычно 1).

  • pwsI - давление насыщения водяным паром, оцениваемое при TI.

Скорость конденсации составляет

m˙condense={0,if xwI≤xwsIxwI−xwsIτcondenseρIV,if xwI > xwsI

где startcondense - значение параметра постоянной времени конденсации.

Конденсированная вода вычитается из объема влажного воздуха, как показано в уравнениях сохранения. Энергия, связанная со сконденсированной водой, составляет

Φcondense=m˙condense (hwI ΔhvapI)

где ΔhvapI - специфическая энтальпия испарения, оцененная при TI.

Другие количества влаги и следовых газов связаны друг с другом следующим образом:

фwI = ywIpIpwsIywI = xwIRwRIrwI = xwI1 xwIygI = xgIRgRIxaI + xwI + xgI = 1

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 влажного воздуха.

Допущения и ограничения

  • Корпус преобразователя является абсолютно жестким.

  • Сопротивление потоку между входом преобразователя и объемом влажного воздуха не моделируется. Подключите блок локального ограничения (MA) или блок сопротивления потоку (MA) к порту A для моделирования потерь давления, связанных с входом.

  • Тепловое сопротивление между отверстием Н и объемом влажного воздуха не моделируется. Используйте блоки библиотеки Thermal для моделирования теплового сопротивления между влажной воздушной смесью и окружающей средой, включая любые тепловые эффекты стенки камеры.

  • Подвижный интерфейс полностью герметизирован.

  • Блок не моделирует механические эффекты движущегося интерфейса, такие как жесткие упоры, 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.

Продукция

развернуть все

Порт вывода физического сигнала, измеряющий скорость конденсации в преобразователе.

Порт вывода физического сигнала, который выводит векторный сигнал. Вектор содержит измерения давления (в Па), температуры (в К), уровня влаги и уровня следового газа внутри компонента. Для распаковки этого векторного сигнала используется блок выбора измерений (MA).

Сохранение

развернуть все

Отверстие для экономии влажного воздуха, связанное с входом преобразователя.

Термосберегающее отверстие, связанное с температурой влажной воздушной смеси внутри преобразователя.

Механический консервационный порт, связанный с подвижным интерфейсом.

МЕХАНИЧЕСКОЕ ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ КОНСЕРВАЦИОННОЕ ОТВЕРСТИЕ, СВЯЗАННОЕ С КОРПУСОМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ.

Подключите этот порт к порту S блока из библиотеки источников влаги и газа для добавления или удаления влаги и газа для отслеживания. Дополнительные сведения см. в разделе Использование источников влаги и газа трассировки.

Зависимости

Этот порт отображается только в том случае, если для параметра Источник влаги и газа трассировки задано значение Controlled.

Параметры

развернуть все

Главный

Выберите относительную ориентацию преобразователя относительно объема влажного воздуха внутри преобразователя:

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

  • Pressure at A causes negative displacement of R relative to C - Увеличение объема влажного воздуха 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 влажного воздуха, равному объему Dead.

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 влажный воздух оказывает давление для создания поступательной силы.

Объем влажного воздуха при смещении границы раздела 0.

Площадь поперечного сечения входного отверстия преобразователя в направлении, перпендикулярном траектории воздушного потока.

Выберите метод спецификации для давления окружающей среды:

  • Atmospheric pressure - Использовать атмосферное давление, указанное блоком MA (свойства влажного воздуха), подключенным к контуру.

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

Давление вне конвертера, действующее против давления объема влажного воздуха конвертера. Значение 0 указывает, что преобразователь расширяется до вакуума.

Зависимости

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

Влага и следовой газ

Относительная влажность, выше которой происходит конденсация.

Характерная шкала времени, при которой перенасыщенный объем влажного воздуха возвращается к насыщению путем конденсации избытка влаги.

Этот параметр управляет видимостью порта S и предоставляет следующие опции для моделирования уровней влаги и следового газа внутри компонента:

  • None - В блок или из него не впрыскивается влага или следовый газ. Порт S скрыт. Это значение по умолчанию.

  • Constant - Влага и следовый газ впрыскиваются в блок или извлекаются из него с постоянной скоростью. Те же параметры, что и в блоках источника влаги (MA) и источника следящего газа (MA), становятся доступными в разделе «Влага и следящий газ» интерфейса блока. Порт S скрыт.

  • Controlled Влага и следовый газ впрыскиваются в блок или извлекаются из него с изменяющейся во времени скоростью. Порт S открыт. Подключите к этому порту блоки контролируемого источника влаги (MA) и контролируемого источника газа (MA).

Выберите, будет ли блок добавлять или удалять влагу в виде водяного пара или жидкой воды:

  • Vapor - энтальпия добавленной или удаленной влаги соответствует энтальпии водяного пара, которая больше, чем энтальпия жидкой воды.

  • Liquid - энтальпия добавленной или удаленной влаги соответствует энтальпии жидкой воды, которая меньше энтальпии водяного пара.

Зависимости

Включено, если для параметра Источник влаги и газа трассировки установлено значение Constant.

Массовый расход водяного пара через блок. Положительное значение добавляет влагу к соединенному объему влажного воздуха. Отрицательное значение извлекает влагу из этого объема.

Зависимости

Включено, если для параметра Источник влаги и газа трассировки установлено значение Constant.

Выберите метод спецификации для температуры влаги:

  • Atmospheric temperature - Использовать атмосферную температуру, заданную блоком свойств влажного воздуха (MA), подключенным к цепи.

  • Specified temperature - укажите значение с помощью параметра Температура добавленной влаги.

Зависимости

Включено, если для параметра Источник влаги и газа трассировки установлено значение Constant.

Введите требуемую температуру добавленной влаги. Эта температура остается постоянной во время моделирования. Блок использует это значение для оценки удельной энтальпии только добавленной влаги. Удельная энтальпия удаленной влаги основана на температуре связанного объема влажного воздуха.

Зависимости

Включено, если для параметра Спецификация добавленной температуры влаги установлено значение Specified temperature.

Проследить массовый расход газа через блок. Положительное значение добавляет следовый газ к соединенному объему влажного воздуха. Отрицательное значение извлекает газ из этого объема.

Зависимости

Включено, если для параметра Источник влаги и газа трассировки установлено значение Constant.

Выберите метод спецификации для температуры следового газа:

  • Atmospheric temperature - Использовать атмосферную температуру, заданную блоком свойств влажного воздуха (MA), подключенным к цепи.

  • Specified temperature - укажите значение с помощью параметра Температура добавленного газа.

Зависимости

Включено, если для параметра Источник влаги и газа трассировки установлено значение Constant.

Введите требуемую температуру добавляемого следового газа. Эта температура остается постоянной во время моделирования. Блок использует это значение для оценки специфической энтальпии только добавленного следового газа. Удельная энтальпия удаляемого следового газа основана на температуре подключенного объема влажного воздуха.

Зависимости

Активируется, если для параметра Спецификация добавленной температуры газа трассировки установлено значение Specified temperature.

Примеры модели

Расширенные возможности

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

.
Представлен в R2018a