Интерфейс между двухфазной жидкостью и механическими поступательными сетями
Двухфазная жидкость/элементы
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 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:
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:
где:
T H - температура в порту H.
T I - температура в конвертере.
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
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.
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
где:
p atm - это давление окружающей среды вне конвертера.
F int является величиной силы, приложенной гидросистемой на движущейся границе раздела .
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
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:
где:
M - масса жидкости в конвертере.
u I является специфической внутренней энергией жидкости в конвертере.
Масса жидкости в конвертере может измениться из-за потока через вход, представленного порту А. Массовый расход жидкости, заданный уравнением сохранения массы, поэтому
где:
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
где:
- частная производная плотности по давлению при постоянной удельной внутренней энергии.
- 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
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
Блок использует это уравнение, чтобы вычислить внутреннее давление в конвертере, учитывая массовый расход жидкости через вход.
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.
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.
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».
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Термодинамическая переменная, в терминах которой можно задать начальные условия компонента. Настройкой по умолчанию является Temperature.
Давление в ёмкости в начале симуляции, заданное относительно нуля. Значение по умолчанию 0.101325 МПа.
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.
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.
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.
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.
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.
Характеристическая длительность события изменения фазы. Эта константа вводит временную задержку в переход между фазами. Значение по умолчанию 0.1 с.
Блок имеет следующие порты:
AДвухфазный порт для жидкости сопоставлен с входным отверстием конвертера.
HТепловой порт, представляющий поверхность конвертера, через которую происходит теплообмен.
RПорт механической передачи, сопоставленная со штоком конвертера.
CПорт механической передачи, сопоставленная с корпусом конвертера.
PВходной 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.