Translational Mechanical Converter (MA)

Интерфейс между сырым воздухом и механическими поступательными сетями

  • Библиотека:
  • Simscape / Библиотека Основы / Сырой Воздух / Элементы

  • Translational Mechanical Converter (MA) block

Описание

Блок Translational Mechanical Converter (MA) моделирует интерфейс между сырой воздушной сетью и механической поступательной сетью. Блок преобразует сырое давление воздуха в механическую силу и наоборот. Можно использовать его в качестве базового блока для линейных приводов.

Конвертер содержит переменный объем сырого воздуха. Давление и температура развивается на основе сжимаемости и тепловой способности этого сырого воздушного объема. Жидкая вода уплотняет из сырого воздушного объема, когда это достигает насыщения. Параметр Mechanical orientation позволяет вам задать, приводит ли увеличение сырого воздушного объема в конвертере к положительному или отрицательному смещению порта R относительно порта C.

Уравнения блока используют эти символы. Индексы aW, и g укажите на свойства сухого воздуха, водяного пара, и проследите газ, соответственно. Индекс ws указывает на водяной пар в насыщении. Индексы AH, и S укажите на соответствующий порт. Индекс I указывает на свойства внутреннего сырого воздушного объема.

m˙Массовый расход жидкости
ΦЭнергетическая скорость потока жидкости
QУровень теплового потока
pДавление
ρПлотность
RОпределенная газовая константа
VОбъем сырого воздуха в конвертере
c vУдельная теплоемкость в постоянном объеме
hОпределенная энтальпия
uОпределенная внутренняя энергия
xМассовая часть (x w является удельной влажностью, которая является другим термином для части массы водяного пара),
yМольная доля
φОтносительная влажность
rОтношение влажности
TТемпература
tВремя

Уровни чистого потока в сырой воздушный объем в конвертере

m˙net=m˙Am˙condense+m˙wS+m˙gSΦnet=ΦA+QHΦcondense+ΦSm˙w,net=m˙wAm˙condense+m˙wSm˙g,net=m˙gA+m˙gS

где:

  • m˙уплотните уровень конденсации.

  • Φ уплотняет, уровень энергетической потери от сжатой воды.

  • Φ S является уровнем энергии, добавленной источниками газа трассировки и влажности. m˙wS и m˙gS массовые расходы жидкости воды и газа, соответственно, через порт S. Значения m˙wS, m˙gS, и Φ S определяется влажностью и прослеживает газовые источники, соединенные с портом S конвертера.

Сохранение массы водяного пара связывает массовый расход жидкости водяного пара с динамикой уровня влажности во внутреннем сыром воздушном объеме:

dxwIdtρIV+xwIm˙net=m˙w,net

Точно так же проследите газовое массовое сохранение, связывает массовый расход жидкости газа трассировки с динамикой уровня газа трассировки во внутреннем сыром воздушном объеме:

dxgIdtρIV+xgIm˙net=m˙g,net

Сохранение массы смеси связывает массовый расход жидкости смеси с динамикой давления, температуры и массовых частей внутреннего сырого воздушного объема:

(1pIdpIdt1TIdTIdt)ρIV+RaRwRI(m˙w,netxwm˙net)+RaRgRI(m˙g,netxgm˙net)+ρIV˙=m˙net

где V˙ скорость изменения объема конвертера.

Наконец, энергосбережение связывает энергетическую скорость потока жидкости с динамикой давления, температуры и массовых частей внутреннего сырого воздушного объема:

ρIcvIVdTIdt+(uwIuaI)(m˙w,netxwm˙net)+(ugIuaI)(m˙g,netxgm˙net)+uIm˙net=ΦnetpIV˙

Уравнение состояния связывает плотность смеси с давлением и температурой:

pI=ρIRITI

Смесь определенная газовая константа

RI=xaIRa+xwIRw+xgIRg

Объем конвертера

V=Vdead+Sintdintεint

где:

  • Мертвый V является мертвым объемом.

  • Int S является интерфейсной площадью поперечного сечения.

  • Int d является интерфейсным смещением.

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

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. Интерфейсное смещение является нулем, когда сырой воздушный объем в конвертере 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 сырой воздушный объем увеличивается с мертвого объема.

  • Если Pressure at A causes negative displacement of R relative to C, интерфейсное смещение уменьшается, когда сырой воздушный объем увеличивается с мертвого объема.

Баланс силы в механическом интерфейсе

Fint=(penvpI)Sintεint

где:

  • Int F является силой от порта R до порта C.

  • ENV p является давлением среды.

Сопротивление потока и тепловое сопротивление не моделируются в конвертере:

pA=pITH=TI

Когда сырой воздушный объем достигает насыщения, конденсация может произойти. Удельная влажность в насыщении

xwsI=φwsRIRwpwsIpI

где:

  • φ ws является относительной влажностью в насыщении (обычно 1).

  • p wsI является давлением насыщения водяного пара, оцененным в T I.

Уровень конденсации

m˙condense={0,если xwIxwsIxwIxwsIτcondenseρIV,если xwI>xwsI

то, где τ уплотняет, является значением параметра Condensation time constant.

Сжатая вода вычтена из сырого воздушного объема, как показано в уравнениях сохранения. Энергия, сопоставленная со сжатой водой,

Φcondense=m˙condense(hwIΔhvapI)

где Δh Вапи является определенной энтальпией испарения, оцененного в T I.

Другая влажность и количества газа трассировки связаны друг с другом можно следующим образом:

φwI=ywIpIpwsIywI=xwIRwRIrwI=xwI1xwIygI=xgIRgRIxaI+xwI+xgI=1

Переменные

Чтобы установить приоритет и начальные целевые значения для переменных в блоках до симуляции, используйте вкладку Variables в диалоговом окне блока (или раздел Variables в блоке Property Inspector). Для получения дополнительной информации смотрите Приоритет Набора и Начальную Цель для Переменных в блоках и Начальные условия для Блоков с Конечным Сырым Воздушным Объемом.

Допущения и ограничения

  • Преобразование регистра конвертера совершенно твердо.

  • Сопротивление потока между входом конвертера и сырым воздушным объемом не моделируется. Соедините блок Local Restriction (MA) или блок Flow Resistance (MA) к порту A к падению давления модели, сопоставленному с входом.

  • Тепловое сопротивление между портом H и сырым воздушным объемом не моделируется. Используйте Тепловые библиотечные блоки, чтобы смоделировать тепловые сопротивления между сырой воздушной смесью и средой, включая любые термальные эффекты стены емкости.

  • Движущийся интерфейс отлично изолируется.

  • Блок не моделирует механические эффекты движущегося интерфейса, такие как жесткие упоры, трение и инерция.

Порты

Входной параметр

развернуть все

Введите физический сигнал, 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.

Зависимости

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

Вывод

развернуть все

Выходной порт физического сигнала, который измеряет уровень конденсации в конвертере.

Выходной порт физического сигнала, который выводит векторный сигнал. Вектор содержит давление (в Па), температура (в K), уровень влажности и измерения уровня газа трассировки в компоненте. Используйте блок Measurement Selector (MA), чтобы распаковать этот векторный сигнал.

Сохранение

развернуть все

Сырой воздушный порт сохранения сопоставлен с входом конвертера.

Тепловой порт сохранения, сопоставленный с температурой сырой воздушной смеси в конвертере.

Порт механической передачи сопоставлен с движущимся интерфейсом.

Порт механической передачи сопоставлен с преобразованием регистра конвертера.

Соедините этот порт с портом S блока из библиотеки Moisture & Trace Gas Sources, чтобы добавить или удалить влажность и проследить газ. Для получения дополнительной информации смотрите Используя Источники Газа Влажности и Трассировки.

Зависимости

Этот порт отображается, только если вы устанавливаете параметр Moisture and trace gas source на Controlled.

Параметры

развернуть все

Основной

Выберите относительную ориентацию конвертера относительно объема сырого воздуха в конвертере:

  • Pressure at A causes positive displacement of R relative to C — Увеличение сырого воздушного объема приводит к прямому вытеснению порта R относительно порта C.

  • Pressure at A causes negative displacement of R relative to C — Увеличение сырого воздушного объема 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 порта R относительно порта C в начале симуляции. Значение 0 соответствует начальному сырому воздушному объему, равному Dead volume.

Зависимости

Enabled, когда параметр Interface displacement устанавливается на Calculate from velocity of port R relative to port C.

  • 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.

Область, на которой сырой воздух проявляет давление, чтобы сгенерировать поступательную силу.

Объем сырого воздуха, когда интерфейсное смещение 0.

Площадь поперечного сечения входа конвертера, в направлении, нормальном к пути к воздушному потоку.

Выберите метод спецификации при давлении среды:

  • Atmospheric pressure — Используйте атмосферное давление, заданное блоком Moist Air Properties (MA), соединенным со схемой.

  • Specified pressure — Задайте значение при помощи параметра Environment pressure.

Давление вне конвертера, действующего против давления конвертера сырой воздушный объем. Значение 0 указывает, что конвертер расширяется в вакуум.

Зависимости

Enabled, когда параметр Environment pressure specification устанавливается на Specified pressure.

Влажность и газ трассировки

Относительная влажность, выше которой происходит конденсация.

Характеристический масштаб времени, в котором перенасыщенный сырой воздушный объем возвращается к насыщению путем сжатия избыточной влажности.

Этот параметр управляет видимостью порта S и предоставляет эти возможности для моделирования влажности и уровней газа трассировки в компоненте:

  • None — Никакой газ влажности или трассировки введен в или извлечен из блока. Порт S скрыт. Это значение по умолчанию.

  • Constant — Влажность и газ трассировки введены в или извлечены из блока на постоянном уровне. Те же параметры как в Moisture Source (MA) и блоках Trace Gas Source (MA) становятся доступными в разделе Moisture and Trace Gas интерфейса блока. Порт S скрыт.

  • Controlled — Влажность и газ трассировки введены в или извлечены из блока на изменяющемся во времени уровне. Порт S осушен. Соедините Controlled Moisture Source (MA) и блоки Controlled Trace Gas Source (MA) к этому порту.

Выберите, добавляет ли блок или удаляет влажность как водяной пар или жидкую воду:

  • Vapor — Энтальпия добавленной или удаленной влажности соответствует энтальпии водяного пара, который больше водяного пара жидкой воды.

  • Liquid — Энтальпия добавленной или удаленной влажности соответствует энтальпии жидкой воды, которая меньше воды водяного пара.

Зависимости

Enabled, когда параметр Moisture and trace gas source устанавливается на Constant.

Массовый расход жидкости водяного пара через блок. Положительное значение добавляет влажность в связанный сырой воздушный объем. Отрицательная величина извлекает влажность из того объема.

Зависимости

Enabled, когда параметр Moisture and trace gas source устанавливается на Constant.

Выберите метод спецификации для температуры влажности:

  • Atmospheric temperature — Используйте атмосферную температуру, заданную блоком Moist Air Properties (MA), соединенным со схемой.

  • Specified temperature — Задайте значение при помощи параметра Temperature of added moisture.

Зависимости

Enabled, когда параметр Moisture and trace gas source устанавливается на Constant.

Введите желаемую температуру добавленной влажности. Эта температура остается постоянной в процессе моделирования. Блок использует это значение, чтобы оценить определенную энтальпию добавленной влажности только. Определенная энтальпия удаленной влажности основана на температуре связанного сырого воздушного объема.

Зависимости

Enabled, когда параметр Added moisture temperature specification устанавливается на Specified temperature.

Проследите газовый массовый расход жидкости через блок. Положительное значение добавляет газ трассировки в связанный сырой воздушный объем. Отрицательная величина извлекает газ трассировки из того объема.

Зависимости

Enabled, когда параметр Moisture and trace gas source устанавливается на Constant.

Выберите метод спецификации для температуры газа трассировки:

  • Atmospheric temperature — Используйте атмосферную температуру, заданную блоком Moist Air Properties (MA), соединенным со схемой.

  • Specified temperature — Задайте значение при помощи параметра Temperature of added trace gas.

Зависимости

Enabled, когда параметр Moisture and trace gas source устанавливается на Constant.

Введите желаемую температуру добавленного газа трассировки. Эта температура остается постоянной в процессе моделирования. Блок использует это значение, чтобы оценить определенную энтальпию добавленного газа трассировки только. Определенная энтальпия удаленного газа трассировки основана на температуре связанного сырого воздушного объема.

Зависимости

Enabled, когда параметр Added trace gas temperature specification устанавливается на Specified temperature.

Примеры модели

Расширенные возможности

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

Введенный в R2018a
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте