Translational Mechanical Converter (MA)

类型: AcausalFoundation.MoistAir.Elements.TranslationalMechanicalConverter

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说明

Translational Mechanical Converter (MA) 装置是湿空气网络和机械渐进网络之间的接口（转换器）。该装置可将湿空气压力转换为机械力，反之亦然。它可用作渐进式气体执行机构的基础。

转换器中含有可变体积的潮湿空气。压力和温度根据潮湿空气的可压缩性和热容量而变化。当湿空气达到饱和状态时，液态水会从湿空气中凝结出来。通过参数 Mechanical orientation 可以指定湿空气体积的增加会导致端口 R 相对于端口 C 产生正或负的位移。

端口 A - 潮湿空气端口，与变频器输入端相对应。端口 H 是一个热端口，与变频器内部的湿空气温度有关。端口 R 和 C 是机械渐进端口，与变频器阀杆和外壳相对应。

公式

方程组使用这些符号：

低指数、和分别表示干燥空气、水蒸气和杂质气体的特性；
下部指数表示水蒸气饱和度；
下部指数、和表示相应的端口；
下部指数表示潮湿空气的内部容积特性；
- 质量流量；
- 能耗；
- 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（是比湿度，与水蒸气的质量分数同义）；
- 摩尔分数；
- 相对湿度
- 湿度系数；
- 温度；
- 时间

质量和能量守恒

转换器容积中潮湿空气的净流速为：

其中

- 冷凝水流速；
- 是冷凝水的能量损失率；
- 水分和杂质气体源增加的能量水平；
和分别为通过 S 端口的水和气体的质量流量。、和的值由连接到转换器 S 端口的湿气和杂质气源决定。

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，外加气体质量守恒也是将外加气体的质量流量与潮湿空气内部体积中的外加气体水平动态联系起来：

混合物质量守恒是指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：

其中是传感器的体积流量。

最后，能量守恒将能量流速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：

传感器的体积：

其中

- 是杆的位置等于 `0`时的液体体积；
- 是杆的横截面积；
- 杆位移；
- 机械定向系数。如果参数值 Mechanical orientation Pressure at A causes positive displacement of R relative to C，则。如果 `Pressure at A causes negative displacement of R relative to C`则。

如果转换器内潮湿空气的体积等于，则阀杆位置为零。那么，根据参数 Mechanical orientation 的值，以下情况成立：

如果 A 处的压力导致 R 相对于 C 产生正位移，则当潮湿空气体积比增大时，阀杆位移增大。
如果 A 处的压力使 R 相对于 C 产生负位移，则与相比，当潮湿空气体积增大时，阀杆位移减小。

机械界面上的力平衡为：

其中

- 是从端口 R 向端口 C 传递的力；
- 是环境压力。

转换器中不模拟气阻和热阻：

当潮湿空气的体积达到饱和时，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）；
- 与温度对应的水蒸气饱和压力。

凝结率等于

其中是参数 Condensation time constant 的值。

如守恒方程所示，从潮湿空气体积中减去冷凝水。与凝结水相关的能量等于

其中是汽化比热，估计值为。

水分和杂质气体的数量关系如下：

假设和限制

逆变器外壳绝对坚固。
未模拟变送器入口和湿空气量之间的气体阻力。将Variable Local Restriction (MA) 块或Flow Resistance (MA) 块连接至端口 A，以模拟与入口相关的压力损失。
未模拟端口 H 和潮湿空气体积之间的热阻。使用热库模块来模拟潮湿空气混合物与环境之间的热阻，包括舱壁的热效应。
活动阀杆运行时无损耗。
该模块不模拟机械效应，如机械约束、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

# H — 内部温度
加热

Details

热量端口，与变频器内部潮湿空气的温度有关。

程序使用名称

thermal_port

# R — 茎
渐进力学

Details

机械渐进端口，对应于杆。

程序使用名称

rod_flange

# S — 添加或去除水分和杂质气体
湿空气

Details

将此端口连接到设备的 S 端口，从库 Moist Air : Sources 添加或去除湿气和杂质气体。

程序使用名称

source_port

输出

# F — 有关压力、温度、湿度和杂质气体数量的信息
矢量

Details

信号输出端口；包含以下元素的矢量：压力、温度、湿度和元件内部杂质气体的含量。Measurement Selector (MA) 块用于解压缩矢量信号。

数据类型	Float64`。
复数支持	无

# W — 凝结率
尺度

Details

信号输出端口，包含转换器中的冷凝率值。如果启用了*墙壁表面冷凝*，该端口将报告总水蒸气冷凝率，其中包括饱和湿空气量的冷凝和变频器墙壁上的冷凝。

数据类型	Float64`。
复数支持	无

输入

参数

主栏

# Mechanical orientation — 变流器方向
Pressure at A causes positive displacement of R relative to C | Pressure at A causes negative displacement of R relative to C

Details

设置机械部件相对于湿空气体积变化的运动方向：

Pressure at A causes positive displacement of R relative to C- 湿空气量的增加会导致 R 端口相对于 C 端口产生正向位移。
Pressure at A causes negative displacement of R relative to C- 湿空气量的增加会导致 R 端口相对于 C 端口产生负位移。

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

# Initial interface displacement — 端口 R 相对于端口 C 的初始偏移量
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

端口 R 相对于端口 C 的初始位移。数值 0 相当于湿空气的初始体积等于 Dead volume 。

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

计量单位	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
默认值	`0.0 m`
程序使用名称	`delta_p_start`
可计算	是

# Interface cross-sectional area — 湿空气加压区
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Details

潮湿空气产生平移力的受压面积。

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	`piston_area`
可计算	是

# Dead volume — 阀杆零位移时的湿空气量
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

阀杆位移等于 "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

变送器入口在湿气流路径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

设置设置环境压力的方法：

Atmospheric pressure- 大气压力。
Specified pressure- 该值由参数 Environment pressure 设置。

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

变送器外部与变送器内部潮湿空气体积压力相对的压力。数值为 "0 "表示变送器在真空中运行。

依赖关系

当 Environment pressure specification 设置为时可用。 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

水分和微量气体

# 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，用于描述过饱和潮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- 不将湿气或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流速进入或抽出设备。与*Moisture Source (MA)* 和*Trace Gas Source (MA)* 设备相同的参数可在设备设置中使用。S 端口被隐藏。
Controlled- 湿气和杂质气体以随时间变化的流速输入或排出设备。端口 S 可用。Moisture Source (MA) 和*Trace Gas Source (MA)* 设备与该端口相连。

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*向连接的潮湿空气体积中添加*杂质气体。负值则*从该体积中抽出*杂质气体。

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

实例

气动执行器在潮湿环境中的运行建模