Rotational Mechanical Converter (2P)

两相流体和旋转力学的网络之间的界面。

模块类型: AcausalFoundation.TwoPhaseFluid.Elements.RotationalMechanicalConverter

库中的路径:

/Physical Modeling/Fundamental/Two Phase Fluid/Elements/Rotational Mechanical Converter (2P)

资料描述

座 *Rotational Mechanical Converter (2P)*模拟两相流体网络和旋转运动力学网络之间的界面。块将两相液体的压力转换为机械扭矩，反之亦然。

该装置允许您模拟由两相流体驱动的旋转执行器。然而，它没有考虑惯量、摩擦或刚性止动，这是旋转致动器中常用的。您可以使用块分别模拟这些效果。 Inertia, Rotational Friction*及 *Rotational Hard Stop.

端口*A*是液体通过其进入和退出换能器的开口。端口*C*和*R*分别表示转换器的外壳和轴。 *H*端口是转换器与环境交换热量的墙壁。

扭矩的方向

扭矩的方向取决于换能器的机械取向。如果为参数 *Mechanical orientation*值已设置 Pressure at A causes positive rotation of R relative to C，那么通过入口的正流速倾向于使轴相对于转换器壳体沿正方向旋转。

正向旋转方向

rotational mechanical converter 2p 1

如果为参数 *Mechanical orientation*值已设置 Pressure at A causes negative rotation of R relative to C，那么通过入口的正质量流倾向于相对于转换器壳体沿负方向旋转轴。

旋转的负方向

rotational mechanical converter 2p 2

流动阻力和热阻

假设*A*端口与转换器内部空间之间的流动阻力可以忽略不计。之间的压力损失近似为零。因此，端口*A*中的压力等于转换器中的压力:

哪里

-a端口的压力;
-传感器中的压力。

同样，*H*端口和转换器内部之间的热阻被认为可以忽略不计。之间的温度梯度近似为零。因此，端口*H*中的温度等于转换器中的温度:

哪里

-端口温度*H*;
-转换器中的温度。

液体体积

转换器中的液体体积是死体积和移位液体的体积之和。死体积是在零轴旋转角度下转换器中剩余的液体量。该体积允许您模拟动态压缩性和热容量的影响，即使轴处于零位置。

位移液体的体积是由于轴旋转而添加到转换器的液体量。该体积随着轴旋转角度的增加而增加。根据轴的旋转，转换器中的总体积为

哪里

-转换器中的液体总体积;
-转换器的死体积;
-轴每单位旋转位移液体的体积;
-轴的旋转角度;
-机械取向系数。如果为参数 *Mechanical orientation*值已设置 Pressure at A causes positive rotation of R relative to C 然后 . 如果 Pressure at A causes negative rotation of R relative to C 然后 .

当液体的体积等于死体积时，轴的旋转为零。然后根据参数值 Mechanical orientation:

*如果 Pressure at A causes positive rotation of R relative to C，那么当液体的体积与死体积相比增加时，轴的旋转角度增加。 *如果 Pressure at A causes negative rotation of R relative to C，那么当液体的体积与死体积相比增加时，轴的旋转角度减小。

扭矩平衡

在平衡状态下，换能器中的内部压力抵消环境的外部压力和机械网络作用在轴上的扭矩。该扭矩是被施加到流体网络的扭矩的反向。因此，转换器中的扭矩平衡如下:

哪里

-传感器外部的环境压力;
-从流体网络侧施加到轴上的扭矩的量。

节约能源

变换器中的总能量可因通过入口的能量流、通过变换器壁的热流以及由机械网络执行的功而变化。由能量守恒方程定义的能量流是

哪里

-转换器中液体的总能量;
-通过端口*A流向转换器的能量流*;
-通过*H*端口进入转换器的热流。

如果我们假设转换器中液体的动能可以忽略不计，那么液体的总能量下降到

哪里

-转换器中液体的质量;
-转换器中液体的比内能。

质量守恒

转换器中的液体的质量可以由于通过由端口*A*表示的入口的流动而改变。因此，由质量守恒方程确定的质量流量为

哪里 -通过端口*A*的转换器中的液体的质量流量。

液体质量的变化可能伴随着由于轴的旋转而引起的液体体积的变化。也可能伴随着由于转换器中的压力或比内能的变化而引起的液体密度的变化。那么转化器中的质量流量为

哪里

-在恒定的比内能下，密度相对于压力的偏导数;
-在恒定压力下密度相对于比内能的偏导数;
-转换器中液体的比容量。

密度的偏导数使用三次多项式函数在区域之间变化。范围内的干燥程度 0–0.1 该功能确保了在过冷液体和两相混合物的区域之间的衍生物的平滑变化。范围内的干燥程度 0.9–1 它在两相混合物和过热蒸汽的区域之间提供了衍生物的平滑变化。

密度的平滑偏导数在质量守恒的初始方程中引入了不希望的数值误差。为了纠正这些错误，块添加了一个纠正项。

哪里

-校正员;
-相变时间常数是相变事件的特征持续时间。这个常数确保相变不会瞬间发生，有效地在发生时引入时间延迟。

质量守恒方程的最终形式:

该装置使用这个方程计算传感器的内部压力，考虑到通过入口的质量流量。

假设和限制

*转换器的墙壁是刚性的。它们在压力下不会变形。 A*端口与转换器内部空间之间的流动阻力可忽略不计。口*A*和转换器内部空间中的压力相同。 H*端口与转换器内部空间之间的热阻可以忽略不计。 *H*端口和转换器内部空间中的温度相同。 *轴完全密封。轴和壳体之间没有液体泄漏。 *没有考虑刚性停止、惯性和摩擦等机械效应。

港口

非定向

# A — 两相液体入口
两相液体

Details

两相液口与转换器的输入相对应。

程序使用名称

port

# C — 身体
旋转力学

Details

机械回转口，与转换器本体相对应。

程序使用名称

case_flange

# R — 竖井,竖井
旋转力学

Details

机械旋转口，对应于转换器轴。

程序使用名称

rod_flange

# H — 热端口
温暖

Details

热端口，其是通过其进行热交换的转换器的表面。

程序使用名称

thermal_port

参数

主

# Mechanical orientation — 转换器的方向
Pressure at A causes positive rotation of R relative to C | Pressure at A causes negative rotation of R relative to C

Details

设置机械部件相对于液体体积变化的运动方向:

Pressure at A causes positive rotation of R relative to C -液体体积的增加导致端口*R*相对于端口*C*的正旋转。
Pressure at A causes negative rotation of R relative to C -液体体积的增加导致端口*R*相对于端口*C*的负旋转。

值	`Pressure at A causes positive rotation of R relative to C` \| `Pressure at A causes negative rotation of R relative to C`
默认值	`Pressure at A causes positive rotation of R relative to C`
程序使用名称	`orientation`
可计算	无

# Initial interface rotation — 端口*R*相对于端口*C的初始旋转角度*
rad | deg | rev | mrad | arcsec | arcmin | gon

Details

端口*R*相对于端口*C*的初始旋转角度。意义 0 对应于液体的初始体积等于参数的值 Dead volume.

*如果 *Mechanical orientation*重要 Pressure at A causes positive rotation of R relative to C，参数值必须大于等于 0.

*如果 *Mechanical orientation*重要 Pressure at A causes negative rotation of R relative to C，参数值必须小于或等于 0.

计量单位	`rad` \| `deg` \| `rev` \| `mrad` \| `arcsec` \| `arcmin` \| `gon`
默认值	`0.0 rad`
程序使用名称	`torque_start`
可计算	是

Details

轴的每单位旋转位移的液体的体积。

计量单位	`m^3/rad` \| `mm^3/rad` \| `cm^3/rad` \| `km^3/rad` \| `m^3/deg` \| `cm^3/rev` \| `m^3/rev` \| `l/rad` \| `l/rev` \| `in^3/rad` \| `ft^3/rad` \| `gal/rad` \| `igal/rad` \| `in^3/deg` \| `in^3/rev` \| `gal/rev`
默认值	`0.01 m^3/rad`
程序使用名称	`volume_displacement`
可计算	是

# Dead volume — 轴旋转零角度时的液体体积
m^3 | um^3 | mm^3 | cm^3 | km^3 | ml | l | gal | igal | in^3 | ft^3 | yd^3 | mi^3

Details

轴旋转角度的液体体积，等于 0. 死体积允许单位考虑质量和能量的积累在变换器甚而在零轴转动角度。

计量单位	`m^3` \| `um^3` \| `mm^3` \| `cm^3` \| `km^3` \| `ml` \| `l` \| `gal` \| `igal` \| `in^3` \| `ft^3` \| `yd^3` \| `mi^3`
默认值	`1.0e-5 m^3`
程序使用名称	`dead_volume`
可计算	是

# Cross-sectional area at port A — 与转炉入口处的流动段正常的面积
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

换能器入口的横截面积，由端口*A*表示。由于换能器内部横截面积的变化而引起的压力损失被忽略。

计量单位	`m^2` \| `um^2` \| `mm^2` \| `cm^2` \| `km^2` \| `in^2` \| `ft^2` \| `yd^2` \| `mi^2` \| `ha` \| `ac`
默认值	`0.01 m^2`
程序使用名称	`port_area`
可计算	是

# Environment pressure specification — 设定环境压力的方法
Atmospheric pressure | Specified pressure

Details

设置环境压力的设置方法:

Atmospheric pressure -大气压力;
Specified pressure -参数设置的值 Environment pressure.

值	`Atmospheric pressure` \| `Specified pressure`
默认值	`Atmospheric pressure`
程序使用名称	`pressure_type`
可计算	无

# Environment pressure — 换能器外的压力
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg

Details

绝对环境压力。环境压力抵消换能器的内部压力并影响换能器轴的运动。

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 *Environment pressure specification*价值 Specified pressure.

计量单位	`Pa` \| `uPa` \| `hPa` \| `kPa` \| `MPa` \| `GPa` \| `kgf/m^2` \| `kgf/cm^2` \| `kgf/mm^2` \| `mbar` \| `bar` \| `kbar` \| `atm` \| `ksi` \| `psi` \| `mmHg` \| `inHg`
默认值	`0.101325 MPa`
程序使用名称	`p_environment`
可计算	是

效应与初始条件

# Initial fluid energy specification — 用于确定初始条件的热力学变量
Temperature | Vapor quality | Vapor void fraction | Specific enthalpy | Specific internal energy

Details

用于确定块体初始条件的热力学变量。

参数值 *Initial fluid energy specification*限制两相液体的可用初始状态。当值为 *Initial fluid energy specification*设置如下:

Temperature -指定初始状态，即过冷液体或过热蒸汽。不可能指定液体和蒸汽的混合物，因为在液体和蒸汽混合物的区域中温度是恒定的。
Vapor quality -指定初始状态，这是液体和蒸汽的混合物。您不能指定过冷液体或过热蒸汽，因为质量分数为 0 和 1 因此，在整个区域。此外，该单元将压力限制在临界压力以下的值。
Vapor void fraction -指定初始状态，这是液体和蒸汽的混合物。您不能指定过冷液体或过热蒸汽，因为质量分数为 0 和 1 因此，在整个区域。此外，该单元将压力限制在低于临界压力的值。
Specific enthalpy -指定液体的比焓。块不限制初始状态。
Specific internal energy -指定液体的特定内能。块不限制初始状态。

值	`Temperature` \| `Vapor quality` \| `Vapor void fraction` \| `Specific enthalpy` \| `Specific internal energy`
默认值	`Temperature`
程序使用名称	`energy_type`
可计算	无

# Initial pressure — 模拟开始时的绝对压力
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg

Details

在模拟开始时换能器中液体的压力，相对于绝对零度设置。

计量单位	`Pa` \| `uPa` \| `hPa` \| `kPa` \| `MPa` \| `GPa` \| `kgf/m^2` \| `kgf/cm^2` \| `kgf/mm^2` \| `mbar` \| `bar` \| `kbar` \| `atm` \| `ksi` \| `psi` \| `mmHg` \| `inHg`
默认值	`0.101325 MPa`
程序使用名称	`p_start`
可计算	是

Details

在模拟开始时转换器中液体的温度，相对于绝对零度设置。

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 *Initial fluid energy specification*价值 Temperature.

计量单位	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
默认值	`293.15 K`
程序使用名称	`T_start`
可计算	是

# Phase change time constant — 相变事件的特征持续时间
s | ns | us | ms | min | hr | d

Details

换器中的相变期间达到平衡的特征时间。这个常数在相位之间的过渡中引入了时间延迟。增加此参数以降低相变的速度，或将其减小以增加速度。

计量单位	`s` \| `ns` \| `us` \| `ms` \| `min` \| `hr` \| `d`
默认值	`0.1 s`
程序使用名称	`tau`
可计算	是

# Initial vapor quality — 模拟开始时蒸汽的质量分数

Details

模拟开始时转炉中蒸汽的质量分数。

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 *Initial fluid energy specification*价值 Vapor quality.

默认值	`0.5`
程序使用名称	`x_start`
可计算	是

# Initial vapor void fraction — 模拟开始时蒸汽的体积分数

Details

模拟开始时转炉中蒸汽的体积分数。

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 *Initial fluid energy specification*价值 Vapor void fraction.

默认值	`0.5`
程序使用名称	`alpha_start`
可计算	是

# Initial specific enthalpy — 模拟开始时的比焓
J/kg | kJ/kg | cal/kg | kcal/kg | mm^2/s^2 | cm^2/s^2 | m^2/s^2 | km^2/s^2 | km^2/hr^2 | in^2/s^2 | ft^2/s^2 | ft^2/min^2 | mi^2/s^2 | mi^2/hr^2 | Pa/(kg/m^3) | psi/(lbm/ft^3) | bar/(kg/m^3)

Details

模拟开始时转换器中液体的比焓。

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 *Initial fluid energy specification*价值 Specific enthalpy.

计量单位	`J/kg` \| `kJ/kg` \| `cal/kg` \| `kcal/kg` \| `mm^2/s^2` \| `cm^2/s^2` \| `m^2/s^2` \| `km^2/s^2` \| `km^2/hr^2` \| `in^2/s^2` \| `ft^2/s^2` \| `ft^2/min^2` \| `mi^2/s^2` \| `mi^2/hr^2` \| `Pa/(kg/m^3)` \| `psi/(lbm/ft^3)` \| `bar/(kg/m^3)`
默认值	`1500.0 kJ/kg`
程序使用名称	`h_start`
可计算	是

# Initial specific internal energy — 模拟开始时的特定内能
J/kg | kJ/kg | cal/kg | kcal/kg | mm^2/s^2 | cm^2/s^2 | m^2/s^2 | km^2/s^2 | km^2/hr^2 | in^2/s^2 | ft^2/s^2 | ft^2/min^2 | mi^2/s^2 | mi^2/hr^2 | Pa/(kg/m^3) | psi/(lbm/ft^3) | bar/(kg/m^3)

Details

模拟开始时转换器中液体的比内能。

依赖关系

若要使用此参数，请为参数设置 *Initial fluid energy specification*价值 Specific internal energy.

计量单位	`J/kg` \| `kJ/kg` \| `cal/kg` \| `kcal/kg` \| `mm^2/s^2` \| `cm^2/s^2` \| `m^2/s^2` \| `km^2/s^2` \| `km^2/hr^2` \| `in^2/s^2` \| `ft^2/s^2` \| `ft^2/min^2` \| `mi^2/s^2` \| `mi^2/hr^2` \| `Pa/(kg/m^3)` \| `psi/(lbm/ft^3)` \| `bar/(kg/m^3)`
默认值	`1500.0 kJ/kg`
程序使用名称	`u_start`
可计算	是