Интерфейс между двухфазными жидкими и механическими поступательными сетями
Двухфазная Жидкость/Элементы
Блок Translational Mechanical Converter (2P) моделирует интерфейс между двухфазными жидкими и механическими поступательными сетями. Интерфейс преобразует давление в гидросистеме в силу в механической поступательной сети и наоборот.
Этот блок позволяет вам смоделировать линейный привод, приводимый в действие двухфазной гидросистемой. Это, однако, не составляет массу, трение или жесткие упоры, распространенные в линейных приводах. Можно смоделировать эти эффекты отдельно с помощью блоков Simscape™, таких как Mass, Translational Friction и Translational Hard Stop.
Порт А представляет вход, через который жидкость вводит и выходит из конвертера. Порты C и R представляют преобразование регистра конвертера и перемещение интерфейса, соответственно. Порт H представляет стену, через которую обмены конвертера нагреваются с его средой.
Направление силы зависит от механической ориентации конвертера. Если параметр Mechanical Orientation устанавливается на положительный, то положительная скорость потока жидкости через вход имеет тенденцию переводить движущийся интерфейс в положительном направлении относительно преобразования регистра конвертера.
Положительная механическая ориентация
Если параметр Mechanical Orientation устанавливается на отрицание, то положительный массовый расход жидкости через вход имеет тенденцию переводить движущийся интерфейс в обратном направлении относительно преобразования регистра конвертера.
Отрицательная механическая ориентация
Сопротивление потока между портом А и внутренней частью конвертера принято незначительное. Падение давления между этими двумя является приблизительно нулем. Давление в порте А поэтому равно этому в конвертере:
где:
p A является давлением в порте А.
p я - давление в конвертере.
Точно так же тепловое сопротивление между портом H и внутренней частью конвертера принято незначительное. Градиент температуры между этими двумя является приблизительно нулем. Температура в порте H поэтому равна этому в конвертере:
где:
T H является температурой в порте H.
T я - температура в конвертере.
Объем жидкости в конвертере является суммой мертвых и перемещенных объемов жидкости. Мертвый объем является количеством жидкости, оставленной в конвертере в нулевом интерфейсном смещении. Этот объем позволяет вам смоделировать эффекты динамической сжимаемости и тепловой способности, даже когда интерфейс находится в своем нулевом положении.
Рабочий объем является количеством жидкости, добавленной к конвертеру из-за перевода движущегося интерфейса. Этот объем увеличивается с интерфейсным смещением. Суммарный объем в конвертере в зависимости от интерфейсного смещения
где:
V является суммарным объемом жидкости в конвертере.
Мертвый V является мертвым объемом конвертера.
Int S является площадью поперечного сечения интерфейса, принятого равный тому из входа.
Int x является смещением движущегося интерфейса.
∊or является механической ориентацией конвертера (1 если увеличение жидкого давления вызывает прямое вытеснение R относительно C, -1 если увеличение жидкого давления вызывает отрицательное смещение R относительно C).
Если вы соединяете конвертер с Мультисуставом, используйте входной порт физического сигнала p, чтобы определить перемещение порта R относительно порта C. В противном случае блок вычисляет интерфейсное смещение от относительных скоростей порта, согласно уравнениям блока. Интерфейсное смещение является нулем, когда объем жидкости равен мертвому объему. Затем в зависимости от значения параметров Mechanical orientation:
Если Pressure at A causes positive displacement of R relative to C, интерфейсное смещение увеличивается, когда объем жидкости увеличивается с мертвого объема.
Если Pressure at A causes negative displacement of R relative to C, интерфейсное смещение уменьшается, когда объем жидкости увеличивается с мертвого объема.
В равновесии внутреннее давление в конвертере противодействует внешнему давлению своей среды и силы, порожденной механической сетью на движущийся интерфейс. Эта сила является реверсом примененного гидросистемой. Баланс силы в конвертере поэтому
где:
Банкомат p является экологическим давлением вне конвертера.
Int F является величиной силы, порожденной гидросистемой на движущийся интерфейс.
Полная энергия в конвертере может измениться из-за энергетического потока через вход, теплового потока через стену конвертера, и работать сделанная гидросистемой в механической сети. Энергетическая скорость потока жидкости, данная уравнением энергосбережения, поэтому
где:
E является полной энергией жидкости в конвертере.
ϕ A является энергетической скоростью потока жидкости в конвертер через порт А.
ϕ H является уровнем теплового потока в конвертер через порт H.
Беря жидкую кинетическую энергию в конвертере, чтобы быть незначительной, полная энергия жидкости уменьшает до:
где:
M является жидкой массой в конвертере.
u я - определенная внутренняя энергия жидкости в конвертере.
Жидкая масса в конвертере может измениться должный течь через вход, представленный портом А. Массовый расход жидкости, данный массовым уравнением сохранения, поэтому
где:
массовый расход жидкости в конвертер через порт А.
Изменение в жидкой массе может сопровождать изменение в объеме жидкости, из-за перевода движущегося интерфейса. Это может также сопровождать изменение в массовой плотности, из-за развивающегося давления или определенной внутренней энергии в конвертере. Массовая скорость изменения в конвертере затем
где:
частная производная плотности относительно давления в постоянной определенной внутренней энергии.
частная производная плотности относительно определенной внутренней энергии при постоянном давлении.
v я - определенный объем жидкости в конвертере.
Блок смешивает частные производные плотности различных областей с помощью функции кубического полинома. В качестве пара 0–0.1, эта функция смешивает производные подохлажденных жидких и двухфазных областей смеси. В качестве пара 0.9–1, это смешивает те из двухфазной смеси и перегретых областей пара.
Сглаживавшие частные производные плотности вводят в исходного массового нежелательного уравнения сохранения числовые ошибки. Чтобы откорректировать для этих ошибок, блок добавляет термин коррекции
где:
∊ M является термином коррекции.
τ является постоянной времени фазового перехода — характеристическая длительность события фазового перехода. Эта константа гарантирует, что фазовые переходы не происходят мгновенно, эффективно вводя задержку каждый раз, когда они происходят.
Конечная форма массового уравнения сохранения
Блок использует это уравнение, чтобы вычислить внутреннее давление в конвертере, учитывая массовый расход жидкости через вход.
Стены конвертера тверды. Они не деформируются под давлением.
Сопротивление потока между портом А и внутренней частью конвертера незначительно. Давление является тем же самым в порте А и во внутренней части конвертера.
Тепловое сопротивление между портом H и внутренней частью конвертера незначительно. Температура является тем же самым в порте H и во внутренней части конвертера.
Движущийся интерфейс отлично изолируется. Никакая жидкость не просачивается через интерфейс.
Проигнорированы механические эффекты, такие как жесткие упоры, инерция, и трение.
Выравнивание движущегося интерфейса относительно объема жидкости в конвертере:
Pressure at A causes positive displacement of R relative to C — Увеличение объема жидкости приводит к прямому вытеснению порта R относительно порта C. Это значение по умолчанию.
Pressure at A causes negative displacement of R relative to C — Увеличение объема жидкости приводит к отрицательному смещению порта R относительно порта C.
Выберите метод, чтобы определить смещение порта R относительно порта C:
Calculate from velocity of port R relative to port C — Вычислите смещение от относительных скоростей порта, на основе уравнений блока. Это - метод по умолчанию.
Provide input signal from Multibody joint — Позвольте входному порту p физического сигнала передать информацию о смещении от Мультисустава. Используйте этот метод только, когда вы соедините конвертер с Мультисуставом при помощи блока Translational Multibody Interface. Для получения дополнительной информации смотрите, Как Передать Информацию о положении.
Поступательное смещение движущегося интерфейса в начале симуляции. Нулевое смещение соответствует общему объему жидкости в конвертере, равном заданному мертвому объему. Значение по умолчанию 0 m.
Если Mechanical orientation является Pressure at A causes positive displacement of R relative to C, значение параметров должно быть больше или быть равно 0.
Если Mechanical orientation является Pressure at A causes negative displacement of R relative to C, значение параметров должно быть меньше чем или равно 0.
Этот параметр включен, когда Interface displacement установлен в Calculate from velocity of port R relative to port C.
Область, нормальная к направлению потока в конвертере, вставляется. Эта область не должна совпадать с входной областью. Падение давления из-за изменений в площади потока в конвертере проигнорировано. Значением по умолчанию является 0.01 м^2.
Объем жидкости, оставленной в конвертере, когда интерфейсное смещение является нулем. Мертвый объем включает блок с учетом массового хранения и аккумулирования энергии в конвертере даже в нулевом интерфейсном смещении. Значением по умолчанию является 1e-5 м^3.
Площадь потока входа конвертера, представленного портом A. Эта область не должна совпадать с интерфейсной площадью поперечного сечения. Падение давления из-за изменений в площади потока в конвертере проигнорировано. Значением по умолчанию является 0.01 м^2.
Характеристики давления окружающей среды. Выберите Atmospheric pressure установить давление среды на атмосферное давление, заданное в блоке Two-Phase Fluid Properties (2P). Выберите Specified pressure установить давление среды на различное значение. Настройкой по умолчанию является Atmospheric pressure.
Абсолютное давление окружающей среды. Давление среды действует против внутреннего давления конвертера и влияет на движение вала конвертера. Этот параметр активен только, когда параметр Environment pressure specification устанавливается на Specified pressure. Значение по умолчанию, 0.101325 MPa, соответствует атмосферному давлению на среднем уровне моря.
Термодинамическая переменная, в терминах которой можно задать начальные условия компонента. Настройкой по умолчанию является Temperature.
Давление в емкости в начале симуляции, заданной против абсолютного нуля. Значением по умолчанию является 0.101325 MPa.
Температура в емкости в начале симуляции, заданной против абсолютного нуля. Этот параметр активен, когда опция Initial fluid energy specification установлена в Temperature. Значением по умолчанию является 293.15 K.
Массовая часть пара в емкости в начале симуляции. Этот параметр активен, когда опция Initial fluid energy specification установлена в Vapor quality. Значением по умолчанию является 0.5.
Часть объема пара в емкости в начале симуляции. Этот параметр активен, когда опция Initial fluid energy specification установлена в Vapor void fraction. Значением по умолчанию является 0.5.
Определенная энтальпия жидкости в емкости в начале симуляции. Этот параметр активен, когда опция Initial fluid energy specification установлена в Specific enthalpy. Значением по умолчанию является 1500 kJ/kg.
Определенная внутренняя энергия жидкости в емкости в начале симуляции. Этот параметр активен, когда опция Initial fluid energy specification установлена в Specific internal energy. Значением по умолчанию является 1500 kJ/kg.
Характеристическая длительность события фазового перехода. Эта константа вводит задержку в переход между фазами. Значением по умолчанию является 0.1 s.
Блок имеет следующие порты:
AДвухфазный жидкий порт сохранения сопоставлен с входом конвертера.
HТепловой порт сохранения, представляющий конвертер, появляется, через который происходит теплообмен.
RПорт механической передачи сопоставлен со стержнем конвертера.
CПорт механической передачи сопоставлен со случаем конвертера.
PВходной порт физического сигнала, который передает информацию о положении от соединения Simscape Multibody™. Соедините этот порт с портом p обнаружения положения соединения. Для получения дополнительной информации смотрите Соединяющиеся Сети Simscape к Соединениям Simscape Multibody. Чтобы включить этот порт, установите параметр Interface displacement на Provide input signal from Multibody joint.