Rotational Mechanical Converter (MA)

Интерфейс между влажным воздухом и механическими вращательными сетями.

rotational mechanical converter (ma) 1

Описание

Блок Rotational Mechanical Converter (MA) представляет интерфейс между сетью влажного воздуха и механической вращательной сетью. Блок преобразует давление влажного воздуха в механический крутящий момент и наоборот. Он может быть использован в качестве основы для поворотных приводов.

Объем влажного воздуха в преобразователе изменяется в процессе работы. Давление и температура изменяются в зависимости от сжимаемости и теплоемкости объема влажного воздуха. Жидкая вода конденсируется из объема влажного воздуха, когда он достигает насыщения.

Параметр Mechanical orientation определяет, приводит ли увеличение объема влажного воздуха к положительному или отрицательному повороту порта R относительно порта C.

Порт A — это порт влажного воздуха, соответствующий входу преобразователя. Порты R и C — это механические вращательные порты, соответствующие валу и корпусу соответственно.

Подстрочные индексы

  • — свойства сухого воздуха, водяного пара и примесного влажного воздуха соответственно.

  • — водяной пар при насыщении.

  • — соответствующий порт.

  • — свойства внутреннего объема влажного воздуха.

Характеристики моделируемой системы

  • — массовый расход.

  • — скорость расхода энергии.

  • — расход тепла.

  • — давление.

  • ρ — плотность.

  • — универсальная газовая постоянная.

  • — объем влажного воздуха внутри преобразователя.

  • — удельная теплоемкость при постоянном объеме.

  • — удельная энтальпия.

  • — удельная внутренняя энергия.

  • — массовая доля ( — удельная влажность, которая по-другому называется массовой долей водяного пара).

  • — мольная доля.

  • φ — относительная влажность.

  • — коэффициент влажности.

  • — температура.

  • — время.

Тогда чистые расходы влажного воздуха в емкости составляют:

где:

  • — скорость конденсации.

  • — скорость потери энергии конденсата.

  • — скорость добавления энергии от источников влаги и примесных газов.

  • и — массовые расходы воды и воздуха через порт S.

Значения и определяются источниками влаги и примесного газа, подключенными к порту S преобразователя.

Если порт не используется, то члены уравнения с подстрочным индексом, соответствующим названию порта, равны .

Сохранение массы водяного пара связывает массовый расход водяного пара с динамикой уровня влажности во внутреннем объеме влажного воздуха:

ρ

Аналогично, сохранение массы примесного газа связывает массовый расход примесного газа с динамикой уровня примесного газа во внутреннем объеме влажного воздуха:

ρ

Сохранение массы смеси связывает массовый расход смеси с динамикой изменения давления, температуры и массовых долей внутреннего объема влажного воздуха:

ρρ

где — скорость изменения объема преобразователя.

Наконец, закон сохранения энергии связывает скорость потока энергии с динамикой давления, температуры и массовых долей внутреннего объема влажного воздуха:

ρ

Уравнение состояния связывает плотность смеси с давлением и температурой:

ρ

Универсальная газовая постоянная смеси равна:

Объем преобразователя зависит от вращения вала:

θε

где:

  • — объем жидкости, при котором угол поворота вала равен 0.

  • — объемное смещение вала.

  • θ — угол поворота вала.

  • ε — коэффициент механической ориентации. Если параметр Mechanical orientation установлен в значение Pressure at A causes positive rotation of R relative to C, то ε , иначе ε .

Поворот вала равен нулю, если объем влажного воздуха внутри конвертера равен . Тогда, в зависимости от значения параметра Mechanical orientation, справедливо следующее:

  • Если он установлен в значение Pressure at A causes positive rotation of R relative to C, то вращение границы раздела увеличивается, когда объем влажного воздуха увеличивается по сравнению с мертвым объемом.

  • Если он установлен в значение Pressure at A causes negative rotation of R relative to C, то вращение интерфейса уменьшается, когда объем влажного воздуха увеличивается по сравнению с мертвым объемом.

Уравнение, описывающее равновесие крутящих моментов на преобразователе:

τε ,

где:

  • τ — крутящий момент от порта R к порту C.

  • — атмосферное давление.

Пневматическое и термическое сопротивления в преобразователе не моделируются:

Когда воздух достигает насыщения, может произойти конденсация влаги. Удельная влажность при насыщении составляет:

φ ,

где:

  • φ — относительная влажность воздуха при насыщении (обычно 1).

  • — давление насыщения водяного пара, оцененное в точке .

Скорость конденсации составляет:

еслиτρесли ,

где:

  • τ — значение параметра Condensation time constant.

Конденсат вычитается из объема влажного воздуха, как показано в уравнениях сохранения. Энергия, связанная с конденсатом, равна:

где — удельная энтальпия парообразования, оцененная в точке .

Другие количества влаги и примесного газа связаны между собой следующим образом:

φ

Допущения и ограничения

  • Стенки преобразователя идеально жесткие.

  • Пневматическое сопротивление между входом и внутренней частью преобразователя пренебрежимо мало.

  • Тепловое сопротивление между портом H и объемом влажного воздуха не моделируется.

  • Подвижный интерфейс работает без потерь.

  • Блок не моделирует такие механические эффекты, как жесткая остановка, трение и инерция.

Порты

Выход

W — скорость конденсации, кг/с
скаляр

Выходной порт, измеряющий скорость конденсации в преобразователе.

F — векторный сигнал, содержащий данные о давлении, температуре, влажности и уровне примесных газов
вектор

Выходной порт, который выдает векторный сигнал. Вектор содержит результаты измерений давления (Па), температуры (К), уровня влажности и уровня примесного газа внутри компонента.

Ненаправленные

A — вход влажного воздуха
влажный воздух

Порт влажного воздуха, соответствует входу преобразователя.

H — температура внутри преобразователя
тепло

Тепловой порт, связанный с температурой влажной воздушной смеси внутри конвертера.

R — вал
механический вращательный

Механический поступательный порт, соответствует валу.

C — корпус
механический поступательный

Механический поступательный порт, соответствует корпусу преобразователя.

S — добавление или удаление влаги и примесных газов
источник влажного воздуха

Подключите этот порт к порту S блока из библиотеки Источники влажности и газовой примеси для добавления или удаления влаги и примесных газов.

Зависимости

Этот порт виден только в том случае, если для параметра Moisture and trace gas source установлено значение Controlled.

Параметры

Mechanical orientation — выберете ориентацию преобразователя
Pressure at A causes positive rotation of R relative to C (по умолчанию) | Pressure at A causes negative rotation of R relative to C

Выберите движение вала относительно объема влажного воздуха внутри конвертера:

  • Pressure at A causes positive rotation of R relative to C — Увеличение объема влажного воздуха приводит к положительному повороту порта R относительно порта C.

  • Pressure at A causes negative rotation of R relative to C — увеличение объема влажного воздуха приводит к отрицательному повороту порта R относительно порта C.

Initial interface rotation — вращательное смещение порта R относительно порта C в начале моделирования
0 (по умолчанию)

Вращательное смещение порта R относительно порта C в начале моделирования. Значение 0 соответствует начальному объему влажного воздуха, равному Dead volume.

Зависимости

Включается, если для параметра Interface rotation установлено значение Calculate from angular velocity of port R relative to port C.

  • Если Mechanical orientationPressure at A causes positive rotation of R relative to С, то значение параметра должно быть больше или равно 0.

  • Если Mechanical orientationPressure at A causes negative rotation of R relative to C, то значение параметра должно быть меньше или равно 0.

Interface volume displacement — объем перемещенного влажного воздуха на единицу оборота
0.01 м³/рад (по умолчанию)

Объем перемещенного влажного воздуха на единицу оборота вала.

Dead volume — объем влажного воздуха при угле поворота вала 0
1e-5 м³ (по умолчанию)

Объем влажного воздуха при угле поворота вала, равном 0.

Cross-sectional area at port A — площадь по нормали к сечению потока на входе в преобразователь
0.01 м² (по умолчанию)

Площадь поперечного сечения входного отверстия конвертера в направлении, нормальном к пути потока влажного воздуха.

Environment pressure specification — способ задания давления окружающей среды
Atmospheric pressure (по умолчанию)| Specified pressure

Выберете способ задания давления окружающей среды:

  • Atmospheric pressure — используется атмосферное давление.

  • Specified pressure — задайте значение с помощью параметра Environment pressure.

Environment pressure — давление вне преобразователя
0.101325 МПa (по умолчанию)

Давление вне конвертера, действующее против давления влажного объема воздуха в конвертере. Значение 0 означает, что газ в преобразователе расширяется в вакуум.

Зависимости

Используется, если для параметра Environment pressure specification установлено значение Specified pressure.

Relative humidity at saturation — относительная влажность, при превышении которой происходит конденсация влаги
1.0 (по умолчанию)

Относительная влажность, выше которой происходит конденсация.

Condensation time constant — постоянная времени конденсации
1e−3 c (по умолчанию)

Временной масштабный коэффициент, характеризующий период времени возвращения перенасыщенного объема влажного воздуха к уровню насыщения за счет конденсации избыточной влаги.

Moisture and trace gas source — источник влаги и примесных газов
None (по умолчанию) | Constant | Controlled

Этот параметр управляет использованием порта S и предоставляет следующие возможности для моделирования уровней влаги и примесного газа внутри блока:

  • None — в блок не вводится и из него не извлекается примесный газ. Порт S скрыт. Это значение используется по умолчанию.

  • Constant — влага и примесный газ подаются в блок или извлекаются из него с постоянной скоростью. Те же параметры, что и в блоках Moisture Source (MA) и Trace Gas Source (MA), становятся доступны в настройках блока. Порт S скрыт.

  • Controlled — влага и примесный газ вводятся в блок или выводятся из него с изменяющейся во времени скоростью. Порт S открыт. К этому порту подключаются блоки Controlled Moisture Source (MA) и Controlled Trace Gas Source (MA).

Moisture added or removed — добавлять или удалять влагу в виде водяного пара или воды
Vapor (по умолчанию) | Liquid

Выберите, в каком виде блок добавляет или удаляет влагу — в виде водяного пара или воды:

  • Vapor — энтальпия добавленной или удаленной влаги соответствует энтальпии водяного пара, которая больше энтальпии воды.

  • Liquid — энтальпия добавленной или удаленной влаги соответствует энтальпии воды, которая меньше энтальпии водяного пара.

Зависимости

Используется, если для параметра Moisture and trace gas source установлено значение Constant.

Rate of added moisture — постоянный массовый расход через источник
0 (по умолчанию)

Массовый расход влаги через источник.

Положительное значение добавляет влагу в подключенную сеть влажного воздуха. Отрицательное значение удаляет влагу из этой сети.

Зависимости

Используется, если для параметра Moisture and trace gas source установлено значение Constant.

Added moisture temperature specification — метод задания температуры влаги
Atmospheric temperature (по умолчанию) | Specified temperature

Выбор метода задания температуры влаги:

  • Atmospheric temperature — используется атмосферная температура, заданная блоком Moist Air Properties (MA), подключенным к контуру.

  • Specified temperature — значение задается с помощью параметра Temperature of added moisture.

Зависимости

Используется, если для параметра Moisture and trace gas source установлено значение Constant.

Temperature of added moisture — температура влаги
293.15 К (по умолчанию)

Введите желаемую температуру влаги. Эта температура остается постоянной во время моделирования. Блок использует это значение только для оценки удельной энтальпии добавленной влаги. Удельная энтальпия удаленной влаги определяется на основе температуры подключенной сети влажного воздуха.

Зависимости

Используется, если для параметра Added moisture temperature specification установлено значение Specified temperature.

Rate of added trace gas — постоянный массовый расход через источник
0 кг/c (по умолчанию)

Отражает массовый расход примесного газа через источник. Положительное значение добавляет примесный газ в подключенный объем влажного воздуха, отрицательное – отбирает.

Зависимости

Используется, если для параметра Moisture and trace gas source установлено значение Constant.

Added trace gas temperature specification — метод задания температуры примесного газа
Atmospheric temperature (по умолчанию) | Specified temperature

Выбор метода задания температуры примесного газа:

  • Atmospheric temperature — используется атмосферная температура, заданная блоком Moist Air Properties (MA), подключенным к контуру.

  • Specified temperature — значение задается с помощью параметра Temperature of added trace gas.

Зависимости

Используется, если для параметра Moisture and trace gas source установлено значение Constant.

Temperature of added trace gas — температура примесного газа
293.15 К (по умолчанию)

Введите желаемую температуру добавляемого примесного газа. Эта температура остается постоянной во время моделирования. Блок использует это значение только для оценки удельной энтальпии добавленного примесного газа. Удельная энтальпия удаленного примесного газа определяется на основе температуры подключенного объема влажного воздуха.

Зависимости

Используется, если для параметра Added trace gas temperature specification установлено значение Specified temperature.