Rotational Mechanical Converter (MA)

潮湿空气与机械旋转网络之间的接口（转换器）。

类型: AcausalFoundation.MoistAir.Elements.RotationalMechanicalConverter

图书馆中的路径:

/Physical Modeling/Fundamental/Moist Air/Elements/Rotational Mechanical Converter (MA)

说明

Rotational Mechanical Converter (MA) 装置是湿空气网络和机械旋转网络之间的接口。该装置可将潮湿空气压力转换为机械扭矩，反之亦然。它可用作旋转执行器的基础。

在运行过程中，转换器中潮湿空气的体积会发生变化。压力和温度根据潮湿空气体积的可压缩性和热容量发生变化。当湿空气达到饱和状态时，液态水会从湿空气中凝结出来。

参数 Mechanical orientation 决定湿空气量的增加是导致端口 R 相对于端口 C 的正向旋转还是负向旋转。

端口 A 是对应于变频器输入的湿空气端口。端口 R 和 C 分别是与轴和外壳相对应的机械旋转端口。

子线指数：

- 分别为干燥空气、水蒸气和不纯潮湿空气的属性；
- 饱和水蒸气；
- 相应端口；
- 湿空气内部体积的特性。

模拟系统的特征：

- 质量流量
- 能量流速
- 热流量
- 压力
- 密度
- 通用气体常数；
- 转换器内潮湿空气的体积；
- 恒定体积下的比热容；
- 比热焓
- 比内能；
- 质量分数 ( - 比湿度，即水蒸气的质量分数)；
- 摩尔分数；
- 相对湿度
- 湿度系数；
- 温度；
- 时间

容器中的湿空气净流速为

其中

- 冷凝速率；
- 是冷凝水的能量损失率；
- 来自湿气和杂质气体的能量增加率；
和 - 通过 S 端口的水和空气的质量流量。

和的值由连接到变送器 S 端口的湿气和杂质气体源决定。

如果未使用该端口，则等式中与端口名称对应的下标项为。

水蒸气质量守恒将水蒸气的质量流量与潮湿空气内部体积的湿度水平动态联系起来：

同样，杂质气体质量守恒将杂质气体的质量流量与潮湿空气内部体积中杂质气体含量的动态关系联系起来：

混合物质量守恒将混合物的质量流量与湿空气内部体积的压力、温度和质量分数的动态关系联系起来：

其中是传感器体积的变化率。

最后，能量守恒定律将能量流动率与湿空气内部体积的压力、温度和质量分数的动态关系联系起来：

状态方程将混合物的密度与压力和温度联系起来：

混合物的通用气体常数等于：

转换器的容积取决于轴的旋转：

其中

- 是轴旋转角度为 0 时的流体体积；
- 是轴的体积位移；
- 轴旋转角度；
- 机械定向系数。如果参数 Mechanical orientation 设置为 `Pressure at A causes positive rotation of R relative to C`则，否则。

如果变频器内部潮湿空气的体积为，则轴旋转为零。那么，根据参数 Mechanical orientation 的值，情况如下：

如果设置为 Pressure at A causes positive rotation of R relative to C，则当潮湿空气体积比死体积增大时，接口的旋转会增大。
如果参数设置为 `Pressure at A causes negative rotation of R relative to C`则当湿空气体积比死体积增大时，界面旋转会减小。

描述传感器扭矩平衡的公式：

其中

- 是从端口 R 到端口 C 的扭矩；
- 大气压力。

转换器中的气阻和热阻没有模拟：

当空气达到饱和状态时，就会出现冷凝现象。饱和时的比湿度为：

其中

- 是饱和时的相对湿度（通常为 1）；
- 估算的水蒸气饱和压力。

凝结率为

其中是参数 Condensation time constant 的值。

如守恒方程所示，从湿空气体积中减去冷凝水。与冷凝水相关的能量等于

其中是蒸汽形成的比焓，估计值为。

其他水分和杂质气体的数量关系如下：

假设和限制

转换器壁完全刚性。
入口与转换器内部之间的气体阻力可忽略不计。
H 端口与湿空气体积之间的热阻没有建模。
活动界面无损耗。
该装置不模拟机械效应，如硬停止、摩擦和惯性。

端口

非定向

# A — 湿空气入口
湿空气

Details

湿空气端口，对应变频器输入。

程序使用名称

port

# C — 船体
渐进式机械

Details

机械渐进式端口，与变频器外壳相对应。

程序使用名称

case_flange

# R — 箭杆
旋转力学

Details

机械渐进端口，相当于轴。

程序使用名称

rod_flange

# H — 内部温度
加热

Details

热口与转换器内潮湿空气混合物的温度有关。

程序使用名称

thermal_port

# S — 添加或去除水分和杂质气体
湿空气

Details

将此端口从库*Moisture & Trace Gas Sources* 连接到设备的 S 端口，以添加或去除湿气和不纯气体。

依赖关系

要使用该端口，请将 Moisture and trace gas source 参数设置为 Controlled.

程序使用名称

source_port

输出

# W — 冷凝速率，千克/秒
标量

Details

测量逆变器冷凝率的输出端口。

数据类型	Float64`。
复数支持	无

# F — 包含压力、温度、湿度和杂质气体含量数据的矢量信号
矢量

Details

输出端口，用于输出矢量信号。矢量包含元件内部压力（帕）、温度（开）、湿度和杂质气体含量的测量结果。

数据类型	Float64`。
复数支持	无

输入

参数

主页

# Mechanical orientation — 选择逆变器的方向
Pressure at A causes positive rotation of R relative to C | Pressure at A causes negative rotation of R relative to C

Details

根据转换器内潮湿空气的体积选择轴的运动：

Pressure at A causes positive rotation of R relative to C- 湿空气量的增加会导致端口 R 相对于端口 C 的正向旋转。
Pressure at A causes negative rotation of R relative to C- 湿空气量的增加导致端口 R 相对于端口 C 负向旋转。

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 — 建模开始时端口 R 相对于端口 C 的旋转位移
deg | rad | rev | mrad

Details

模拟开始时端口 R 相对于端口 C 的旋转位移。数值 0 相当于初始湿空气体积等于 Dead volume 。

依赖关系

要使用该参数，请将参数 Interface rotation 设置为 Calculate from angular velocity of port R relative to port C:

如果 Mechanical orientation - ，则参数值必须大于或等于 0。 Pressure at A causes positive rotation of R relative to C，则参数值必须大于或等于 0。
如果 Mechanical orientation - ，则参数值必须小于或等于 0。 Pressure at A causes negative rotation of R relative to C，则参数值必须小于或等于 0。

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

Details

转轴每转一圈所输送的湿空气量。

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

# Dead volume — 轴角 0 时的湿空气量
l | gal | igal | m^3 | cm^3 | ft^3 | in^3 | km^3 | mi^3 | mm^3 | um^3 | yd^3 | N*m/Pa | N*m/bar | lbf*ft/psi | ft*lbf/psi

Details

轴旋转角度等于 "0 "时的湿空气体积。

计量单位	`l` \| `gal` \| `igal` \| `m^3` \| `cm^3` \| `ft^3` \| `in^3` \| `km^3` \| `mi^3` \| `mm^3` \| `um^3` \| `yd^3` \| `Nm/Pa` \| `Nm/bar` \| `lbfft/psi` \| `ftlbf/psi`
默认值	`1.e-5 m^3`
程序使用名称	`dead_volume`
可计算	是

# Cross-sectional area at port A — 传感器入口处流动截面的法线面积
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Details

转换器入口在湿空气流道法线方向上的横截面积。

计量单位	`m^2` \| `cm^2` \| `ft^2` \| `in^2` \| `km^2` \| `mi^2` \| `mm^2` \| `um^2` \| `yd^2`
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

选择环境压力设置方法：

Atmospheric pressure- 使用大气压力。

Specified pressure- 使用参数 Environment pressure 设置数值。

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

# Environment pressure — 外部压力
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

转换器外的压力与转换器内潮湿空气体积的压力相抵。0 "表示转换器中的气体膨胀为真空。

依赖关系

要使用该参数，请将 Environment pressure specification 设置为 Specified pressure.

计量单位	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
默认值	`0.101325 MPa`
程序使用名称	`environment_pressure`
可计算	是

水分和痕量气体

# Relative humidity at saturation — 超过该湿度时会出现冷凝现象

Details

发生冷凝的相对湿度。

默认值	`1.0`
程序使用名称	`RH_saturation`
可计算	是

# Condensation time constant — 凝结时间常数
d | s | hr | ms | ns | us | min

Details

一个时间尺度系数，用于描述过饱和湿空气体积因多余水分凝结而恢复到饱和水平的时间段。

计量单位	`d` \| `s` \| `hr` \| `ms` \| `ns` \| `us` \| `min`
默认值	`0.001 s`
程序使用名称	`condensation_time_constant`
可计算	是

# Moisture and trace gas source — 湿气和杂质气体的来源
None | Constant | Controlled

Details

该参数控制 S 端口的使用，并提供以下选项来模拟设备内的湿度和杂质气体含量：

None- 不将杂质气体引入或抽出料块。隐藏 S 端口。默认使用此值。
Constant- 湿气和杂质气体以恒定的速率进入或从料块中抽出。与*Moisture Source (MA)* 和*Trace Gas Source (MA)* 单位中的参数相同，可在单位设置中使用。隐藏 S 端口。
Controlled- 湿气和杂质气体以随时间变化的速率进入或从料块中排出。端口 S 打开。Moisture Source (MA) 和*Trace Gas Source (MA)* 连接到该端口。

值	`None` \| `Constant` \| `Controlled`
默认值	`None`
程序使用名称	`moisture_trace_gas_source`
可计算	无

# Moisture added or removed — 添加或去除以水蒸气或水的形式存在的水分
Vapor | Liquid

Details

选择设备是以水蒸气还是水的形式添加或去除水分：

Vapor- 添加或去除湿气的焓与水蒸气的焓相对应，后者大于水的焓。
Liquid- 添加或去除水分的焓相当于水的焓，小于水蒸气的焓。

依赖关系

要使用该参数，请将 Moisture and trace gas source 设置为 Constant.

值	`Vapor` \| `Liquid`
默认值	`Vapor`
程序使用名称	`moisture_source_phase`
可计算	无

# Rate of added moisture — 通过源的恒定质量流量
kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)

Details

通过源的湿气质量流量。

正值可为连接的湿空气网络增加湿气。负值则会从该网络中排出湿气。

依赖关系

要使用该参数，请将 Moisture and trace gas source 设置为 Constant.

计量单位	`kg/s` \| `N*s/m` \| `N/(m/s)` \| `lbf/(ft/s)` \| `lbf/(in/s)`
默认值	`0.0 kg/s`
程序使用名称	`moisture_mass_flow`
可计算	是

# Added moisture temperature specification — 湿度温度设定方法
Atmospheric temperature | Specified temperature

Details

选择湿度温度设置方法：

Atmospheric temperature- 使用与电路相连的设备*Moist Air Properties (MA)* 所设定的大气温度。
Specified temperature- 该值通过参数 Temperature of added moisture 设置。

依赖关系

要使用该参数，请将 Moisture and trace gas source 设置为 Constant.

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

Details

输入湿度温度。该温度在模拟过程中保持不变。设备仅使用该值来估算添加湿气的比焓。移除湿气的比焓是根据连接的湿空气网络的温度确定的。

依赖关系

要使用该参数，请将 Added moisture temperature specification 设置为 Specified 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	`moisture_temperature`
可计算	是

# Rate of added trace gas — 通过源的恒定质量流量
kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)

Details

反映杂质气体通过源的质量流量。正值可将杂质气体添加到连接的湿空气中，负值则可将其移除。

依赖关系

要使用此参数，请将 Moisture and trace gas source 设置为 Constant.

计量单位	`kg/s` \| `N*s/m` \| `N/(m/s)` \| `lbf/(ft/s)` \| `lbf/(in/s)`
默认值	`0.0 kg/s`
程序使用名称	`trace_gas_mass_flow`
可计算	是

# Added trace gas temperature specification — 杂质气体温度的设定方法
Atmospheric temperature | Specified temperature

Details

选择杂质气体温度设置方法：

Atmospheric temperature- 使用与电源相连的*Moist Air Properties (MA)* 设备设定的大气温度。
Specified temperature- 该值通过参数 Temperature of added trace gas 设置。

依赖关系

要使用该参数，请将 Moisture and trace gas source 设置为 Constant.

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

Details

输入所需的杂质气体温度。该温度在模拟过程中保持不变。设备仅使用此值来估算添加的杂质气体的比焓。移除杂质气体的比焓是根据所连接湿空气体积的温度确定的。

依赖关系

要使用该参数，请将 Added trace gas temperature specification 设置为 Specified 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	`trace_gas_temperature`
可计算	是