Exponenta Banner

Translational Mechanical Converter (G)

Интерфейс между газом и механическими поступательными сетями

развернуть все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape/Библиотека фундаментов/Газ/Элементы

  • Translational Mechanical Converter (G) block

Описание

Блок Translational Mechanical Converter (G) моделирует интерфейс между газовой сетью и механической поступательной сетью. Блок преобразует давление газа в механическую силу и наоборот. Может использоваться как базовый блок для линейных приводов.

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 перемещении 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 механической передачи, 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:

∂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 от температуры при постоянном давлении и объеме.

  • p I - давление объема газа. Давление в порте A принято равным этому давлению, p A = p I.

  • T I - температура объема газа. Температура в порте H принята равной этой температуре, T H = T I.

  • ρ I - плотность объема газа.

  • V - объем газа.

  • t время.

  • 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:

∂U∂p⋅dpIdt+∂U∂T⋅dTIdt+ρIhIdVdt=ΦA+QH

где:

  • ∂U∂p - частная производная внутренней энергии объема газа от давления при постоянной температуре и объеме.

  • ∂U∂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:

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

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:

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

где:

  • β - изотермический модуль объемной упругости объема газа.

  • α - изобарный коэффициент теплового расширения объема газа.

Объем газа

Объем газа зависит от перемещения движущейся границы раздела:

V=Vdead+Sintxintεint

где:

  • V мертвый - это мертвый объем.

  • S int является площадью поперечного сечения интерфейса.

  • x int является перемещением интерфейса.

  • ε int является коэффициентом механической ориентации. Если Mechanical orientation Pressure at A causes positive displacement of R relative to C, ε int = 1. Если Mechanical orientation Pressure at A causes negative displacement of R relative to C, ε int = -1.

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. Объем раздела равен нулю, когда объем газа равен мертвому объему. Затем, в зависимости от Mechanical orientation значения параметров:

  • Если Pressure at A causes positive displacement of R relative to Cобъем раздела увеличивается, когда объем газа увеличивается из мертвого объема.

  • Если Pressure at A causes negative displacement of R relative to Cобъем раздела уменьшается, когда объем газа увеличивается из мертвого объема.

Баланс сил

Баланс сил через подвижную границу по объему газа

Fint=(penv−pI)Sintεint

где:

  • F int - это сила 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

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

Зависимости

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

Сохранение

расширить все

Порт сохранения газа сопоставлен с входным отверстием конвертера.

Тепловой порт сопоставлен с температурой газа внутри конвертера.

Порт механической передачи, сопоставленный с движущимся интерфейсом.

Порт механической передачи, сопоставленная с корпусом конвертера.

Параметры

расширить все

Выберите относительную ориентацию конвертера относительно объема газа конвертера:

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

  • Pressure at A causes negative displacement of R relative to C - Увеличение объема газа приводит к отрицательному перемещению R порта относительно C порта.

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

Зависимости

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

  • 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.

Область, на которую газ оказывает давление, чтобы генерировать поступательную силу.

Объем газа, когда объем раздела 0.

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

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.

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.

Примеры моделей

Pneumatic Actuation Circuit

Схема пневмопривода

Как газовые компоненты Foundation Library могут использоваться для моделирования управляемого пневматического привода. Направленный Клапан является маскированной подсистемой, созданной из блоков Переменного Локального Ограничения (G), чтобы смоделировать открытие и закрытие путей потока. Привод Двойного Действия является маскированной подсистемой, созданной из блоков Translational Mechanical Converter (G), чтобы смоделировать интерфейс между газовой сетью и механической поступательной сетью.

Gamma Stirling Engine

Гамма Стирлинг Engine

Моделируйте двигатель Гамма Стирлинга с помощью компонентов и областей газовых, тепловых и механических Simscape™.

Расширенные возможности

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

.

См. также

|

Темы

Введенный в R2016b

Документация Simscape

Поддержка