Translational Mechanical Converter (2P)

Интерфейс между двухфазной жидкостью и механическими поступательными сетями

Библиотека

Двухфазная жидкость/элементы

Описание

Блок Translational Mechanical Converter (2P) моделирует интерфейс между двухфазной жидкостью и механическими поступательными сетями. Интерфейс преобразует давление в гидросистеме в силу в механической поступательной сети и наоборот.

Этот блок позволяет вам смоделировать линейный привод, работающий от двухфазной гидросистемы. Однако он не учитывает массу, трение или жёсткие упоры, общие для линейных приводов. Можно смоделировать эти эффекты отдельно, используя блоки Simscape™, такие как Mass, Translational Friction и Translational Hard Stop.

Порт А представляет вход, через который жидкость входит и выходит из конвертера. Порты C и R представляют корпус конвертера и подвижный интерфейс, соответственно. Порт H представляет стенку, через которую конвертер обменивается теплом со своими окрестностями.

Направление силы

Направление силы зависит от механической ориентации конвертера. Если параметр Mechanical Orientation установлен положительным, положительная скорость потока жидкости через входное отверстие имеет тенденцию перемещать подвижную поверхность в положительном направлении относительно корпуса конвертера.

Положительная механическая ориентация

Если параметр Mechanical Orientation установлен в отрицательное, положительный массовый расход жидкости через входное отверстие имеет тенденцию перемещать подвижную границу в отрицательном направлении относительно корпуса конвертера.

Отрицательная механическая ориентация

Сопротивление потоку между портом А и внутренней частью конвертера принято незначительным. Падения давления между ними приблизительно равны нулю. Поэтому давление в порте А равно давлению в конвертере:

$p_{A} = p_{I},$

где:

p A - давление в порту A.
p я давление в конвертере.

Точно так же тепловое сопротивление между портом H и внутренней частью конвертера принято незначительным. Градиент температуры между ними приблизительно равен нулю. Поэтому температура в порту H равна температуре в конвертере:

$T_{H} = T_{I},$

где:

T H - температура в порту H.
T I - температура в конвертере.

Объем жидкости

Объем жидкости в конвертере является суммой погибших и вытесненных объемов жидкости. Мертвый объем - это количество жидкости, оставшееся в конвертере при нулевом перемещении интерфейса. Этот том позволяет вам смоделировать эффекты динамической сжимаемости и тепловой емкости, даже когда интерфейс находится в нулевом положении.

Рабочий объем является количеством жидкости, добавляемой к конвертеру из-за перемещения движущейся поверхности раздела. Этот объем увеличивается при перемещении интерфейса. Общий объем в конвертере как функция от перемещения интерфейса равен

$V = V_{d e a d} + S_{i n t} x_{i n t} ϵ_{o r},$

где:

V - общий объем жидкости в конвертере.
V _{мертвый} - это мертвый объем конвертера.
S _int - площадь поперечного сечения границы раздела, принятая равной площади входного отверстия.
x _int является перемещением подвижного интерфейса.
∊ _или является механической ориентацией конвертера (1 если увеличение давления жидкости приводит к положительному перемещению R относительно C, -1 если увеличение давления жидкости вызывает отрицательное перемещение R относительно C).

Если вы соединяете конвертер с соединением Multibody, используйте входной порт физического сигнала p, чтобы задать перемещение R порта относительно C порта. В противном случае блок вычисляет перемещение интерфейса из относительных скоростей порта, согласно уравнениям блока. Перемещение интерфейса равно нулю, когда объем жидкости равен мертвому объему. Затем, в зависимости от Mechanical orientation значения параметров:

Если Pressure at A causes positive displacement of R relative to Cперемещение раздела увеличивается, когда объем жидкости увеличивается из мертвого объема.
Если Pressure at A causes negative displacement of R relative to Cперемещение раздела уменьшается, когда объем жидкости увеличивается из мертвого объема.

Баланс сил

При равновесии внутреннее давление в конвертере противодействует внешнему давлению его окружения и силе, приложенной механической сетью на движущейся границе раздела. Эта сила является противоположной той, которая приложена гидросистемой. Поэтому баланс сил в конвертере

$p_{I} S_{i n t} = p_{a t m} S_{i n t} - F_{i n t} ϵ_{o r},$

где:

p _atm - это давление окружающей среды вне конвертера.
F _int является величиной силы, приложенной гидросистемой на движущейся границе раздела .

Энергетический баланс

Общая энергия в конвертере может измениться из-за энергетического потока через вход, теплового потока через стенку конвертера и работы, выполняемой гидросистемой в механической сети. Энергетическая скорость потока жидкости, заданная уравнением сохранения энергии, поэтому

$\dot{E} = ϕ_{A} + ϕ_{H} - p_{I} S_{i n t} {\dot{x}}_{i n t} ϵ_{o r},$

где:

E - общая энергия жидкости в конвертере.
ϕ A - это расход энергии в конвертер через порт A.
ϕ H - скорость теплового потока в конвертер через порт H.

Принимая кинетическую энергию жидкости в конвертере, чтобы быть незначительной, общая энергия жидкости уменьшается до:

$E = M u_{I},$

где:

M - масса жидкости в конвертере.
u I является специфической внутренней энергией жидкости в конвертере.

Баланс массы

Масса жидкости в конвертере может измениться из-за потока через вход, представленного порту А. Массовый расход жидкости, заданный уравнением сохранения массы, поэтому

$\dot{M} = {\dot{m}}_{A},$

где:

${\dot{m}}_{A}$ массовый расход жидкости в конвертер через порт А.

Изменение массы жидкости может сопровождать изменение объема жидкости, из-за перемещения движущейся поверхности раздела. Это также может сопровождать изменение массовой плотности, из-за развивающегося давления или определенной внутренней энергии в конвертере. Массовая скорость изменения в конвертере тогда

$\dot{M} = [{(\frac{\partial ρ}{\partial p})}_{u} {\dot{p}}_{I} + {(\frac{\partial ρ}{\partial u})}_{p} {\dot{u}}_{I}] V + \frac{S_{i n t} {\dot{x}}_{i n t} ϵ_{o r}}{v_{I}},$

где:

${(\frac{\partial ρ}{\partial p})}_{u}$ - частная производная плотности по давлению при постоянной удельной внутренней энергии.
${(\frac{\partial ρ}{\partial u})}_{p}$ - частная производная плотности от удельной внутренней энергии при постоянном давлении.
v I является конкретным объемом жидкости в конвертере.

Блок смешивает частные производные плотности различных областей с помощью кубической полиномиальной функции. При качестве пара 0-0,1 эта функция смешивает производные переохлажденной жидкой и двухфазной смесевых областей. При качестве пара 0,9-1 он смешивает пары двухфазной смеси и перегретых паровых областей.

Частные производные сглаженной плотности вносят в исходное уравнение сохранения массы нежелательные численные ошибки. Чтобы исправить эти ошибки, блок добавляет коррекции термин

$ϵ_{M} = \frac{M - V / v_{I}}{τ},$

где:

∊ M является термином коррекции.
τ - постоянная времени изменения фазы - характеристическая длительность события изменения фазы. Эта константа гарантирует, что изменения фазы не происходят мгновенно, эффективно вводя временную задержку каждый раз, когда они происходят.

Конечная форма уравнения сохранения массы

$[{(\frac{\partial ρ}{\partial p})}_{u} {\dot{p}}_{I} + {(\frac{\partial ρ}{\partial u})}_{p} {\dot{u}}_{I}] V + \frac{D_{v o l} {\dot{θ}}_{i n t} ϵ_{o r}}{v_{I}} = {\dot{m}}_{A} + ϵ_{M} .$

Блок использует это уравнение, чтобы вычислить внутреннее давление в конвертере, учитывая массовый расход жидкости через вход.

Допущения и ограничения

Стенки конвертера жесткие. Они не деформируются под давлением.
Сопротивление потоку между портом А и внутренней частью конвертера незначительно. Давление одинаковое в порту А и в интерьере конвертера.
Тепловое сопротивление между портом H и внутренней частью конвертера незначительно. Температура одинаковая в порту H и в интерьере конвертера.
Подвижный интерфейс идеально запечатан. Нет утечек жидкости через интерфейс.
Механические эффекты, такие как жёсткие упоры, инерция и трение, игнорируются.

Параметры

Вкладка « параметры»

Mechanical orientation

Выравнивание подвижной границы по объему жидкости в конвертере:

Pressure at A causes positive displacement of R relative to C - Увеличение объема жидкости приводит к положительному перемещению R порта относительно C порта. Это значение по умолчанию.
Pressure at A causes negative displacement of R relative to C - Увеличение объема жидкости приводит к отрицательному перемещению порта R относительно порта C.

Interface displacement

Выберите метод для определения перемещения R порта относительно C порта:

Calculate from velocity of port R relative to port C - Вычислите перемещение от относительных скоростей портов на основе блочных уравнений. Это метод по умолчанию.
Provide input signal from Multibody joint - Включите порт p входного физического сигнала, чтобы передать информацию о перемещении от шарнира Multibody. Используйте этот метод только, когда вы соединяете конвертер с соединением Multibody при помощи блока Translational Multibody Interface. Для получения дополнительной информации см. раздел «Как передать информацию о положении».

Initial interface displacement

Поступательное смещение подвижного интерфейса в начале симуляции. Нулевое перемещение соответствует общему объему жидкости в конвертере, равному указанному мертвому объему. Значение по умолчанию 0 м.

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

Этот параметр активируется, когда Interface displacement установлено на Calculate from velocity of port R relative to port C.

Interface cross-sectional area

Площадь, нормальная к направлению потока на входном отверстии конвертера. Эта зона не должна совпадать с площадью входного отверстия. Падения давления из-за изменений площади потока внутри конвертера игнорируются. Значение по умолчанию 0.01 м ^ 2.

Dead volume

Объем жидкости, оставшейся в конвертере, когда перемещение интерфейса равняется нулю. Мертвый объем позволяет блоку принимать во внимание массу и хранение энергии в конвертере даже при нулевом перемещении интерфейса. Значение по умолчанию 1e-5 м ^ 3.

Cross-sectional area at port A

Площадь потока входного отверстия конвертера, представленная портом A. Эта область не должна совпадать с площадью поперечного сечения интерфейса. Падения давления из-за изменений площади потока внутри конвертера игнорируются. Значение по умолчанию 0.01 м ^ 2.

Environment pressure specification

Характеристики давления окружающего окружения. Выберите Atmospheric pressure установить давление окружения на атмосферное давление, заданное в блоке Two-Phase Fluid Properties (2P). Выберите Specified pressure для установки другого значения давления окружения. Настройкой по умолчанию является Atmospheric pressure.

Environment pressure

Абсолютное давление окружающего окружения. Давление окружения влияет на внутреннее давление конвертера и влияет на движение вала конвертера. Этот параметр активен только, когда параметр Environment pressure specification установлен в Specified pressure. Значение по умолчанию, 0.101325 МПа, соответствует атмосферному давлению на среднем уровне моря.

Вкладка Эффекты и начальные условия

Initial fluid energy specification: Термодинамическая переменная, в терминах которой можно задать начальные условия компонента. Настройкой по умолчанию является Temperature.
Initial pressure: Давление в ёмкости в начале симуляции, заданное относительно нуля. Значение по умолчанию 0.101325 МПа.
Initial temperature: Температура в ёмкости в начале симуляции, заданная при абсолютном нуле. Этот параметр активен, когда опция Initial fluid energy specification установлена на Temperature. Значение по умолчанию 293.15 K.
Initial vapor quality: Массовая доля пара в ёмкости в начале симуляции. Этот параметр активен, когда опция Initial fluid energy specification установлена на Vapor quality. Значение по умолчанию 0.5.
Initial vapor void fraction: Объемная доля пара в ёмкости в начале симуляции. Этот параметр активен, когда опция Initial fluid energy specification установлена на Vapor void fraction. Значение по умолчанию 0.5.
Initial specific enthalpy: Специфическая энтальпия жидкости в ёмкости в начале симуляции. Этот параметр активен, когда опция Initial fluid energy specification установлена на Specific enthalpy. Значение по умолчанию 1500 кДж/кг.
Initial specific internal energy: Удельная внутренняя энергия жидкости в ёмкости в начале симуляции. Этот параметр активен, когда опция Initial fluid energy specification установлена на Specific internal energy. Значение по умолчанию 1500 кДж/кг.
Phase change time constant: Характеристическая длительность события изменения фазы. Эта константа вводит временную задержку в переход между фазами. Значение по умолчанию 0.1 с.

Порты

Блок имеет следующие порты:

A: Двухфазный порт для жидкости сопоставлен с входным отверстием конвертера.
H: Тепловой порт, представляющий поверхность конвертера, через которую происходит теплообмен.
R: Порт механической передачи, сопоставленная со штоком конвертера.
C: Порт механической передачи, сопоставленная с корпусом конвертера.
P: Входной порт физического сигнала, который передает информацию о положении от Multibody™ соединения Simscape. Подключите этот порт к порту p измерения положения соединения. Для получения дополнительной информации смотрите Соединение Simscape-сетей к Simscape Multibody Joints. Чтобы включить этот порт, установите параметр Interface displacement равным Provide input signal from Multibody joint.

Расширенные возможности

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

См. также

Rotational Mechanical Converter (2P) | Translational Multibody Interface

Темы

Соединение Simscape-сетей с Simscape Multibody Joints

Введенный в R2015b

Документация

Translational Mechanical Converter (2P)

Библиотека

Описание

Направление силы

Объем жидкости

Баланс сил

Энергетический баланс

Баланс массы

Допущения и ограничения

Параметры

Вкладка « параметры»

Вкладка Эффекты и начальные условия

Порты

Расширенные возможности

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

См. также

Темы

Документация Simscape

Поддержка

Документация

Translational Mechanical Converter (2P)

Библиотека

Описание

Направление силы

Объем жидкости

Баланс сил

Энергетический баланс

Баланс массы

Допущения и ограничения

Параметры

Вкладка « параметры»

Вкладка Эффекты и начальные условия

Порты

Расширенные возможности

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

См. также

Темы

Документация Simscape

Поддержка

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