Rotational Mechanical Converter (G)

Интерфейс между газом и механическими вращательными сетями

Библиотека:
Simscape/Библиотека фундаментов/Газ/Элементы

Описание

Блок Rotational Mechanical Converter (G) моделирует интерфейс между газовой сетью и механической вращательной сетью. Блок преобразует давление газа в механический крутящий момент и наоборот. Он может использоваться в качестве базового блока для приводов вращения.

Конвертер содержит переменный объем газа. Давление и температура развиваются исходя из сжимаемости и теплоемкости этого объема газа. Параметр Mechanical orientation позволяет вам задать, результаты ли увеличение объема газа в положительном или отрицательном повороте порта R относительны C порта.

Порт A является портом состояния газа, сопоставленным с входным отверстием конвертера. Порт H является тепловым портом, сопоставленным с температурой газа внутри конвертера. Порты R и C являются портами механического вращений, сопоставленными с движущимся интерфейсом и корпусом конвертера, соответственно.

Баланс массы

Уравнение сохранения массы подобно уравнению для блока Constant Volume Chamber (G) с дополнительным слагаемым, связанным с изменением объема 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 по отношению к давлению при постоянной температуре и объеме.
$\frac{\partial M}{\partial T}$ - частная производная массы объема газа от температуры при постоянном давлении и объеме.
p I - давление объема газа. Давление в порте А принято равным этому давлению, _p A = p I.
T I - температура объема газа. Температура в порту H принята равной этой температуре, _T H = T I.
ρ I - плотность объема газа.
V - объем газа.
t время.
$\dot{m}$ _A - массовый расход жидкости в порту A. Скорость потока жидкости, сопоставленная с портом, положительная, когда он течет в блок.

Энергетический баланс

Уравнение сохранения энергии также подобно уравнению для блока Constant Volume Chamber (G). Дополнительный срок относится к изменению объема газа, а также к работам по объему давления, выполняемым газом на движущейся границе раздела:

$\frac{\partial U}{\partial p} \cdot \frac{d p_{I}}{d t} + \frac{\partial U}{\partial T} \cdot \frac{d T_{I}}{d t} + ρ_{I} h_{I} \frac{d V}{d t} = Φ_{A} + Q_{H}$

где:

$\frac{\partial U}{\partial p}$ - частная производная внутренней энергии объема газа от давления при постоянной температуре и объеме.
$\frac{\partial U}{\partial T}$ - частная производная внутренней энергии объема газа от температуры при постоянном давлении и объеме.
_ФА - энергетическая скорость потока жидкости в порту A.
Q H - расход тепла в порту H .
h I является специфической энтальпией объема газа.

Частные производные для идеальных и полупрозрачных моделей газа

Частные производные от массовой M и внутренней энергетической U объема газа, относительно давления и температуры при постоянном объеме, зависят от модели газовых свойств. Для идеальных и полупрозрачных моделей газа 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 I - плотность объема газа.
V - объем газа.
h I является специфической энтальпией объема газа.
Z - коэффициент сжимаемости.
R - удельная газовая константа.
c _pI является удельным теплом при постоянном давлении объема газа.

Частные производные для модели реального газа

Для модели реального газа частные производные массовой M и внутренней энергетической U объема газа относительно давления и температуры при 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 - изотермический модуль объемной упругости объема газа.
α - изобарный коэффициент теплового расширения объема газа.

Объем газа

Объем газа зависит от вращения движущейся границы раздела:

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

где:

V _{мертвый} - это мертвый объем.
D _int является объемным перемещением интерфейса.
θ _int является поворотом интерфейса.
ε _int является коэффициентом механической ориентации. Если Mechanical orientation Pressure at A causes positive rotation of R relative to C, ε _int = 1. Если Mechanical orientation Pressure at A causes negative rotation of R relative to C, ε _int = -1.

Если вы соединяете конвертер с соединением Multibody, используйте входной порт физического сигнала q, чтобы задать поворот R порта относительно C порта. В противном случае блок вычисляет поворот интерфейса из относительных скоростей вращения порта. Поворот интерфейса равен нулю, когда объем газа равен мертвому объему. Затем, в зависимости от Mechanical orientation значения параметров:

Если Pressure at A causes positive rotation of R relative to Cвращение раздела увеличивается, когда объем газа увеличивается из мертвого объема.
Если Pressure at A causes negative rotation of R relative to Cвращение раздела уменьшается, когда объем газа увеличивается из мертвого объема.

Баланс крутящего момента

Баланс крутящего момента через подвижную границу по объему газа

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

где:

τ _int - крутящий момент от порта R до порта C.
p _env - давление окружения .

Переменные

Чтобы задать приоритет и начальные целевые значения для основных переменных до симуляции, используйте вкладку Variables в диалоговом окне блока (или раздел Variables в Property Inspector блоков). Для получения дополнительной информации смотрите Задать приоритет и Начальный целевой показатель для основных переменных и начальных условий для блоков с конечным объемом газа.

Допущения и ограничения

Кожух конвертера идеально жесткий.
Сопротивление потоку между портом A и внутренней частью конвертера отсутствует.
Отсутствует тепловое сопротивление между портом H и внутренней частью конвертера.
Подвижный интерфейс идеально запечатан.
Блок не моделирует механические эффекты движущегося интерфейса, такие как жёсткие упоры, трение и инерция.

Порты

Вход

расширить все

`q` - Вращение порта R относительно порта C, рад
физический сигнал

Входной физический сигнал, который передает информацию о положении от Simscape™ Multibody™ соединения. Подключите этот порт к порту q измерения положения соединения. Для получения дополнительной информации смотрите Соединение Simscape-сетей к Simscape Multibody Joints.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите параметр Interface rotation равным Provide input signal from Multibody joint.

Сохранение

расширить все

`A` - Входное отверстие конвертера
газ

Порт сохранения газа сопоставлен с входным отверстием конвертера.

`H` - Температура внутри конвертера
тепловой

Тепловой порт сопоставлен с температурой газа внутри конвертера.

`R` - Шток
механический вращательный

Механический вращательный порт сопоставлен с движущимся интерфейсом.

`C` - Случай
механический вращательный

Порт Механического привода вращения сопоставлен с корпусом конвертера.

Параметры

расширить все

`Mechanical orientation` - Выберите ориентацию конвертера
`Pressure at A causes positive rotation of R relative to C` (по умолчанию) | `Pressure at A causes negative rotation of R relative to C`

Выберите выравнивание подвижной границы по объему газа конвертера:

Pressure at A causes positive rotation of R relative to C - Увеличение объема газа приводит к положительному вращению порта R относительно порта C.
Pressure at A causes negative rotation of R relative to C - Увеличение объема газа приводит к отрицательному повороту порта R относительно порта C.

`Interface rotation` - Выберите метод для определения относительных позиций портов
`Calculate from angular velocity of port R relative to port C` (по умолчанию) | `Provide input signal from Multibody joint`

Выберите метод для определения поворота R порта относительно C порта:

Calculate from angular velocity of port R relative to port C - Вычислите вращение из относительных скоростей вращения порта, основываясь на блочных уравнениях. Это метод по умолчанию.
Provide input signal from Multibody joint - Включите вход физического сигнала q, чтобы передать информацию о вращении от шарнира Multibody. Используйте этот метод только, когда вы соединяете конвертер с соединением Multibody при помощи блока Rotational Multibody Interface. Для получения дополнительной информации см. раздел «Как передать информацию о положении».

`Initial interface rotation` - Вращательное смещение порта R относительно порта C в начале симуляции
`0 rad` (по умолчанию)

Вращательное смещение порта R относительно порта C в начале симуляции. Значение 0 соответствует исходному объему газа, равному Dead volume.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Interface rotation задано значение Calculate from angular velocity of port R relative to port C.

Если Mechanical orientation Pressure at A causes positive rotation of R relative to C, значение параметров должно быть больше или равно 0.
Если Mechanical orientation Pressure at A causes negative rotation of R relative to C, значение параметров должно быть меньше или равно 0.

`Interface volume displacement` - Объем вытесняемого газа на модуль вращения
`0.01 m^3/rad` (по умолчанию)

Перемещение объема газа на модуль вращение движущейся поверхности раздела.

`Dead volume` - Объем газа при повороте раздела 0
`1e-5 m^3` (по умолчанию)

Объем газа при повороте раздела 0.

`Cross-sectional area at port A` - Площадь, нормальная к пути потока, на входном отверстии конвертера
`0.01 m^2` (по умолчанию)

Площадь поперечного сечения входного отверстия конвертера в направлении, нормальном к пути потока газа.

`Environment pressure specification` - Выберите метод спецификации давления окружения
`Atmospheric pressure` (по умолчанию) | `Specified pressure`

Выберите метод спецификации давления окружения:

Atmospheric pressure - Используйте атмосферное давление, заданное блоком Gas Properties (G), соединенным с контуром.
Specified pressure - Задайте значение при помощи параметра Environment pressure.

`Environment pressure` - Давление вне конвертера
`0.101325 MPa` (по умолчанию)

Давление вне конвертера, действующее против давления объема газа конвертера. Значение 0 указывает, что конвертер расширяется в вакуум.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Environment pressure specification задано значение Specified pressure.

Расширенные возможности

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

См. также

Constant Volume Chamber (G) | Rotational Multibody Interface | Translational Mechanical Converter (G)

Темы

Введенный в R2016b

Документация

Rotational Mechanical Converter (G)

Описание

Баланс массы

Энергетический баланс

Частные производные для идеальных и полупрозрачных моделей газа

Частные производные для модели реального газа

Объем газа

Баланс крутящего момента

Переменные

Допущения и ограничения

Порты

Вход

`q` - Вращение порта R относительно порта C, рад
физический сигнал

Зависимости

Сохранение

`A` - Входное отверстие конвертера
газ

`H` - Температура внутри конвертера
тепловой

`R` - Шток
механический вращательный

`C` - Случай
механический вращательный

Параметры

`Mechanical orientation` - Выберите ориентацию конвертера
`Pressure at A causes positive rotation of R relative to C` (по умолчанию) | `Pressure at A causes negative rotation of R relative to C`

`Interface rotation` - Выберите метод для определения относительных позиций портов
`Calculate from angular velocity of port R relative to port C` (по умолчанию) | `Provide input signal from Multibody joint`

`Initial interface rotation` - Вращательное смещение порта R относительно порта C в начале симуляции
`0 rad` (по умолчанию)

Зависимости

`Interface volume displacement` - Объем вытесняемого газа на модуль вращения
`0.01 m^3/rad` (по умолчанию)

`Dead volume` - Объем газа при повороте раздела 0
`1e-5 m^3` (по умолчанию)

`Cross-sectional area at port A` - Площадь, нормальная к пути потока, на входном отверстии конвертера
`0.01 m^2` (по умолчанию)

`Environment pressure specification` - Выберите метод спецификации давления окружения
`Atmospheric pressure` (по умолчанию) | `Specified pressure`

`Environment pressure` - Давление вне конвертера
`0.101325 MPa` (по умолчанию)

Зависимости

Расширенные возможности

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

См. также

Темы

Документация Simscape

Поддержка

Документация

Rotational Mechanical Converter (G)

Описание

Баланс массы

Энергетический баланс

Частные производные для идеальных и полупрозрачных моделей газа

Частные производные для модели реального газа

Объем газа

Баланс крутящего момента

Переменные

Допущения и ограничения

Порты

Вход

q - Вращение порта R относительно порта C, рад физический сигнал

Зависимости

Сохранение

A - Входное отверстие конвертера газ

H - Температура внутри конвертера тепловой

R - Шток механический вращательный

C - Случай механический вращательный

Параметры

Mechanical orientation - Выберите ориентацию конвертера Pressure at A causes positive rotation of R relative to C (по умолчанию) | Pressure at A causes negative rotation of R relative to C

Interface rotation - Выберите метод для определения относительных позиций портов Calculate from angular velocity of port R relative to port C (по умолчанию) | Provide input signal from Multibody joint

Initial interface rotation - Вращательное смещение порта R относительно порта C в начале симуляции 0 rad (по умолчанию)

Зависимости

Interface volume displacement - Объем вытесняемого газа на модуль вращения 0.01 m^3/rad (по умолчанию)

Dead volume - Объем газа при повороте раздела 0 1e-5 m^3 (по умолчанию)

Cross-sectional area at port A - Площадь, нормальная к пути потока, на входном отверстии конвертера 0.01 m^2 (по умолчанию)

Environment pressure specification - Выберите метод спецификации давления окружения Atmospheric pressure (по умолчанию) | Specified pressure

Environment pressure - Давление вне конвертера 0.101325 MPa (по умолчанию)

Зависимости

Расширенные возможности

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

См. также

Темы

Документация Simscape

Поддержка

`q` - Вращение порта R относительно порта C, рад
физический сигнал

`A` - Входное отверстие конвертера
газ

`H` - Температура внутри конвертера
тепловой

`R` - Шток
механический вращательный

`C` - Случай
механический вращательный

`Mechanical orientation` - Выберите ориентацию конвертера
`Pressure at A causes positive rotation of R relative to C` (по умолчанию) | `Pressure at A causes negative rotation of R relative to C`

`Interface rotation` - Выберите метод для определения относительных позиций портов
`Calculate from angular velocity of port R relative to port C` (по умолчанию) | `Provide input signal from Multibody joint`

`Initial interface rotation` - Вращательное смещение порта R относительно порта C в начале симуляции
`0 rad` (по умолчанию)

`Interface volume displacement` - Объем вытесняемого газа на модуль вращения
`0.01 m^3/rad` (по умолчанию)

`Dead volume` - Объем газа при повороте раздела 0
`1e-5 m^3` (по умолчанию)

`Cross-sectional area at port A` - Площадь, нормальная к пути потока, на входном отверстии конвертера
`0.01 m^2` (по умолчанию)

`Environment pressure specification` - Выберите метод спецификации давления окружения
`Atmospheric pressure` (по умолчанию) | `Specified pressure`

`Environment pressure` - Давление вне конвертера
`0.101325 MPa` (по умолчанию)

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