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旋转机械转换器 (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

rotational mechanical converter (ma)

图书馆中的路径:

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

说明

旋转机械转换器 (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 机械定位 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

  • ρ - 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；

  • φ - 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：

ρ .

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：

ρ .

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：

ρρ ,

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：

ρ .

状态方程将混合物的密度与压力和温度联系起来：

ρ .

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：

θε .

其中

  • - 是轴旋转角度为 0 时的流体体积；

  • - 是轴的体积位移；

  • θ - 轴旋转角度；

  • ε - 机械定向系数。如果参数 机械定位 设置为 `A 处的压力导致 R 相对于 C 正向旋转`则 ε ，否则 ε 。

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 机械定位 的值，情况如下：

  • 如果设置为 A 处的压力导致 R 相对于 C 正向旋转，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 `A 处的压力导致 R 相对于 C 负向旋转`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：

τε ,

其中

  • τ - 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 ：

φ ,

其中

  • φ - 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

τρ ,

其中 τ 是参数 凝结时间常数 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：

φ ,

,

,

,

.

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*水分和痕量气体源* 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 水分和痕量气体源 参数设置为 受控.

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

# 机械定位 — 选择逆变器的方向
A 处的压力导致 R 相对于 C 正向旋转 | A 处的压力导致 R 相对于 C 负向旋转

Details

根据转换器内潮湿空气的体积选择轴的运动：

  • A 处的压力导致 R 相对于 C 正向旋转- 湿空气量的增加会导致端口 R 相对于端口 C 的正向旋转。

  • A 处的压力导致 R 相对于 C 负向旋转- 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

# 初始界面旋转 — 建模开始时端口 R 相对于端口 C 的旋转位移
降度 | 辐射 | 重置 | 弧度

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 死音量 。

依赖关系

要使用该参数，请将参数 旋转接口 设置为 根据端口 R 相对于端口 C 的角速度计算:

  • 如果 机械定位 - ，则参数值必须大于或等于 0。 A 处的压力导致 R 相对于 C 正向旋转，则参数值必须大于或等于 0。

  • 如果 机械定位 - ，则参数值必须小于或等于 0。 A 处的压力导致 R 相对于 C 负向旋转，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

# 界面体积位移 — 每旋转单位输送的湿空气量
升/拉德 | l/rev | 加仑/拉德 | gal/rev | igal/rad | m^3/deg | m^3/rad | m^3/rev | cm^3/rad | 厘米^3/转 | 毫米^3/rad | km^3/rad | 英尺^3/rad | in^3/deg | in^3/rad | in^3/rev | N*m/Pa/rad | N*m/bar/rad | 磅力*英尺/磅/rad

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 | N*m/Pa/rad | N*m/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

# 死音量 — 轴角 0 时的湿空气量
l | gal | igal | m^3 | cm^3 | ft^3 | in^3 | 千米^3 | mi^3 | 毫米^3 | um^3 | yd^3 | N*m/Pa | 牛顿*米/巴 | 磅/英尺/磅/平方英寸 | 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 | N*m/Pa | N*m/bar | lbf*ft/psi | ft*lbf/psi
默认值

1.e-5 m^3
程序使用名称

dead_volume
可计算

是

# 端口 A 的横截面积 — 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 | 平方毫米 | 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

# 环境压力规格 — 设定环境压力的方法
大气压力 | 指定压力

Details

选择环境压力设置方法：

  • 大气压力- 使用大气压力。

  • 指定压力- 使用参数 环境压力 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

# 环境压力 — 外部压力
Pa | GPa | 兆帕 | 大气 | 条形图 | 千帕 | 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 环境压力规格 设置为 指定压力.

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

# 饱和时的相对湿度 — 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

# 凝结时间常数 — 凝结时间常数
d | s | hr | ms | ns | 我们 | 最小

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

# 水分和痕量气体源 — 湿气和杂质气体的来源
无 | 常数 | 受控

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：

  • 无- 不将杂质气体引入或抽出料块。隐藏 S 端口。默认使用此值。

  • 常数- 湿气和杂质气体以恒定的速率进入或从料块中抽出。与*湿度源 (MA)* 和*示踪气体源 (MA)* 单位中的参数相同，可在单位设置中使用。隐藏 S 端口。

  • 受控- 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。湿度源 (MA) 和*示踪气体源 (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

# 添加或去除的水分 — 添加或去除以水蒸气或水的形式存在的水分
蒸汽 | 液体

Details

选择设备是以水蒸气还是水的形式添加或去除水分：

  • 蒸汽- 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。

  • 液体- 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 水分和痕量气体源 设置为 常数.

值

Vapor | Liquid
默认值

Vapor
程序使用名称

moisture_source_phase
可计算

无

# 水分添加率 — 通过源的恒定质量流量
公斤/秒 | N*s/m | 牛顿/（米/秒） | 磅/（英尺/秒） | 磅/（英寸/秒）

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 水分和痕量气体源 设置为 常数.

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

# 附加湿度温度规格 — 湿度温度设定方法
大气温度 | 指定温度

Details

选择湿度温度设置方法：

  • 大气温度- 使用与电路相连的设备*潮湿空气特性 (MA)* 所设定的大气温度。

  • 指定温度- 该值通过参数 添加水分的温度 设置。

依赖关系

要使用该参数，请将 水分和痕量气体源 设置为 常数.

值

Atmospheric temperature | Specified temperature
默认值

Atmospheric temperature
程序使用名称

moisture_temperature_type
可计算

无

# 添加水分的温度 — 水分温度
K | 摄氏度 | degF | degR | deltaK | 优化 | deltadegF | deltadegR

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 附加湿度温度规格 设置为 指定温度.

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

# 添加痕量气体的速率 — 通过源的恒定质量流量
公斤/秒 | N*s/m | 牛顿/（米/秒） | 磅/（英尺/秒） | 磅/（英寸/秒）

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 水分和痕量气体源 设置为 常数.

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

# 增加了微量气体温度规格 — 杂质气体温度的设定方法
大气温度 | 指定温度

Details

选择杂质气体温度设置方法：

  • 大气温度- 使用与电源相连的*潮湿空气特性 (MA)* 设备设定的大气温度。

  • 指定温度- 该值通过参数 添加痕量气体的温度 设置。

依赖关系

要使用该参数，请将 水分和痕量气体源 设置为 常数.

值

Atmospheric temperature | Specified temperature
默认值

Atmospheric temperature
程序使用名称

trace_gas_temperature_type
可计算

无

# 添加痕量气体的温度 — 杂质气体温度
K | 摄氏度 | 摄氏度 | 度数 | deltaK | deltadegC | 分贝 | deltadegR

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 增加了微量气体温度规格 设置为 指定温度.

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