Rotational Mechanical Converter (MA)

Интерфейс (преобразователь) между влажным воздухом и механическими вращательными сетями.

Тип: AcausalFoundation.MoistAir.Elements.RotationalMechanicalConverter

Путь в библиотеке:

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

Описание

Блок Rotational Mechanical Converter (MA) представляет собой 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 порты вращательной механики, 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;
— 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;
— относительная влажность;
— коэффициент влажности;
— температура;
— время.

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:

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

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

где — скорость изменения объема преобразователя.

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

Уравнение состояния связывает плотность смеси с давлением и температурой:

Универсальная газовая постоянная смеси равна:

Объем преобразователя зависит от вращения вала:

где

— объем жидкости, при котором угол поворота вала равен 0;
— объемное смещение вала;
— угол поворота вала;
— коэффициент механической ориентации. Если параметр Mechanical orientation установлен в значение Pressure at A causes positive rotation of R relative to C, то , иначе .

Поворот вала равен нулю, если объем влажного воздуха внутри преобразователя 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:

где

— крутящий момент от порта R к порту C;
— атмосферное давление.

Газовое и термическое сопротивления в преобразователе не моделируются:

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

где

— относительная влажность воздуха при насыщении (обычно 1);
— давление насыщения водяного пара, оцененное в точке .

Скорость конденсации составляет:

где — 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:

Допущения и ограничения

Стенки преобразователя идеально жесткие.
Газовое 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.

Переменные

Используйте группу параметров Initial Targets, чтобы установить приоритет и начальные целевые значения для переменных параметров блока перед моделированием. Для получения дополнительной информации см. Настройка физических блоков с помощью целевых значений.

Порты

Ненаправленные

# C — корпус
поступательная механика

Details

Механический поступательный порт, соответствует корпусу преобразователя.

Имя для программного использования

case_flange

# R — вал
вращательная механика

Details

Механический поступательный порт, соответствует валу.

Имя для программного использования

rod_flange

# H — температура внутри преобразователя
тепло

Details

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

Имя для программного использования

thermal_port

# A — вход влажного воздуха
влажный воздух

Details

Порт влажного воздуха, соответствует входу преобразователя.

Имя для программного использования

port

# S — добавление или удаление влаги и примесных газов
влажный воздух

Details

Подключите этот порт к порту S блока из библиотеки Moisture & Trace Gas Sources для добавления или удаления влаги и примесных газов.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Moisture and trace gas source значение Controlled.

Имя для программного использования

source_port

Выход

# mdot_w_out — описание отсутствует

Details

Описание отсутствует

Типы данных	Описание отсутствует
Поддержка комплексных чисел	Описание отсутствует

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

Details

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

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Вход

# q — вращение порта R относительно порта C, рад
скаляр

Details

Входной порт, передающий информацию о положении. Подключите этот порт к порту q датчика положения.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Interface rotation значение Provide input signal.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Параметры

Initial Conditions

# Initial trace gas mass fraction — описание отсутствует

Details

описание отсутствует

Значение по умолчанию	`0.001`
Имя для программного использования	`x_g_start`
Вычисляемый	Да

# Initial relative humidity — описание отсутствует

Details

описание отсутствует

Значение по умолчанию	`0.5`
Имя для программного использования	`RH_start`
Вычисляемый	Да

Details

описание отсутствует

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`293.15 K`
Имя для программного использования	`T_start`
Вычисляемый	Да

# Initial specific humidity — описание отсутствует

Details

описание отсутствует

Значение по умолчанию	`0.01`
Имя для программного использования	`x_w_start`
Вычисляемый	Да

Details

описание отсутствует

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`287 K`
Имя для программного использования	`T_wb_start`
Вычисляемый	Да

# Initial humidity ratio priority — описание отсутствует
None | Low | High

Details

описание отсутствует

Значения	`None` \| `Low` \| `High`
Значение по умолчанию	`High`
Имя для программного использования	`HR_priority`
Вычисляемый	Нет

# Initial water vapor mole fraction — описание отсутствует

Details

описание отсутствует

Значение по умолчанию	`0.01`
Имя для программного использования	`y_w_start`
Вычисляемый	Да

# Initial temperature priority — описание отсутствует
None | Low | High

Details

описание отсутствует

Значения	`None` \| `Low` \| `High`
Значение по умолчанию	`High`
Имя для программного использования	`T_priority`
Вычисляемый	Нет

# Initial humidity ratio — описание отсутствует

Details

описание отсутствует

Значение по умолчанию	`0.01`
Имя для программного использования	`HR_start`
Вычисляемый	Да

# Initial trace gas mole fraction — описание отсутствует

Details

описание отсутствует

Значение по умолчанию	`0.001`
Имя для программного использования	`y_g_start`
Вычисляемый	Да

# Initial specific humidity priority — описание отсутствует
None | Low | High

Details

описание отсутствует

Значения	`None` \| `Low` \| `High`
Значение по умолчанию	`High`
Имя для программного использования	`x_w_priority`
Вычисляемый	Нет

# Initial mass ratio of water droplets to moist air — описание отсутствует

Details

описание отсутствует

Значение по умолчанию	`0`
Имя для программного использования	`r_d_start`
Вычисляемый	Да

# Initial trace gas specification — описание отсутствует
Mass fraction | Mole fraction

Details

описание отсутствует

Значения	`Mass fraction` \| `Mole fraction`
Значение по умолчанию	`Mass fraction`
Имя для программного использования	`trace_gas_type`
Вычисляемый	Нет

# Initial pressure priority — описание отсутствует
None | Low | High

Details

описание отсутствует

Значения	`None` \| `Low` \| `High`
Значение по умолчанию	`High`
Имя для программного использования	`p_priority`
Вычисляемый	Нет

# Initial mass ratio of water droplets to moist air priority — описание отсутствует
None | Low | High

Details

описание отсутствует

Значения	`None` \| `Low` \| `High`
Значение по умолчанию	`High`
Имя для программного использования	`r_d_priority`
Вычисляемый	Нет

# Initial trace gas mole fraction priority — описание отсутствует
None | Low | High

Details

описание отсутствует

Значения	`None` \| `Low` \| `High`
Значение по умолчанию	`High`
Имя для программного использования	`y_g_priority`
Вычисляемый	Нет

# Initial wet-bulb temperature priority — описание отсутствует
None | Low | High

Details

описание отсутствует

Значения	`None` \| `Low` \| `High`
Значение по умолчанию	`High`
Имя для программного использования	`T_wb_priority`
Вычисляемый	Нет

# Initial trace gas mass fraction priority — описание отсутствует
None | Low | High

Details

описание отсутствует

Значения	`None` \| `Low` \| `High`
Значение по умолчанию	`High`
Имя для программного использования	`x_g_priority`
Вычисляемый	Нет

# Initial water vapor mole fraction priority — описание отсутствует
None | Low | High

Details

описание отсутствует

Значения	`None` \| `Low` \| `High`
Значение по умолчанию	`High`
Имя для программного использования	`y_w_priority`
Вычисляемый	Нет

# Initial relative humidity priority — описание отсутствует
None | Low | High

Details

описание отсутствует

Значения	`None` \| `Low` \| `High`
Значение по умолчанию	`High`
Имя для программного использования	`RH_priority`
Вычисляемый	Нет

# Initial pressure — описание отсутствует
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg

Details

описание отсутствует

Единицы измерения	`Pa` \| `uPa` \| `hPa` \| `kPa` \| `MPa` \| `GPa` \| `kgf/m^2` \| `kgf/cm^2` \| `kgf/mm^2` \| `mbar` \| `bar` \| `kbar` \| `atm` \| `ksi` \| `psi` \| `mmHg` \| `inHg`
Значение по умолчанию	`0.101325 MPa`
Имя для программного использования	`p_start`
Вычисляемый	Да

# Initial humidity specification — описание отсутствует
Relative humidity | Specific humidity | Mole fraction | Humidity ratio | Wet-bulb temperature

Details

описание отсутствует

Значения	`Relative humidity` \| `Specific humidity` \| `Mole fraction` \| `Humidity ratio` \| `Wet-bulb temperature`
Значение по умолчанию	`Relative humidity`
Имя для программного использования	`moisture_type`
Вычисляемый	Нет

Влага и газовые примеси

# Added trace gas temperature specification — метод задания температуры примесного газа
Atmospheric temperature | Specified temperature

Details

Выбор метода задания температуры примесного газа:

Atmospheric temperature — используется атмосферная температура, заданная блоком Moist Air Properties (MA), подключенным к сети.
Specified temperature — значение задается с помощью параметра Temperature of added trace gas.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Moisture and trace gas source значение Constant.

Значения	`Atmospheric temperature` \| `Specified temperature`
Значение по умолчанию	`Atmospheric temperature`
Имя для программного использования	`trace_gas_temperature_type`
Вычисляемый	Нет

Details

описание отсутствует

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`293.15 K`
Имя для программного использования	`T_g_const`
Вычисляемый	Да

# Relative humidity at saturation — описание отсутствует

Details

описание отсутствует

Значение по умолчанию	`1`
Имя для программного использования	`RH_ws`
Вычисляемый	Да

# Fraction of condensate entrained as water droplets — описание отсутствует

Details

описание отсутствует

Значение по умолчанию	`1`
Имя для программного использования	`condensate_droplets_fraction`
Вычисляемый	Да

Details

описание отсутствует

Единицы измерения	`kg/s` \| `kg/hr` \| `kg/min` \| `g/hr` \| `g/min` \| `g/s` \| `t/hr` \| `lbm/hr` \| `lbm/min` \| `lbm/s`
Значение по умолчанию	`0 kg/s`
Имя для программного использования	`mdot_moisture_const`
Вычисляемый	Да

Details

описание отсутствует

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`293.15 K`
Имя для программного использования	`T_moisture_const`
Вычисляемый	Да

# Condensation time constant — постоянная времени конденсации
s | ns | us | ms | min | hr | d

Details

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

Единицы измерения	`s` \| `ns` \| `us` \| `ms` \| `min` \| `hr` \| `d`
Значение по умолчанию	`0.001 s`
Имя для программного использования	`condensation_time_constant`
Вычисляемый	Да

Details

описание отсутствует

Единицы измерения	`kg/s` \| `kg/hr` \| `kg/min` \| `g/hr` \| `g/min` \| `g/s` \| `t/hr` \| `lbm/hr` \| `lbm/min` \| `lbm/s`
Значение по умолчанию	`0 kg/s`
Имя для программного использования	`mdot_g_const`
Вычисляемый	Да

# Moisture added or removed — добавлять или удалять влагу в виде водяного пара или воды
Water vapor | Water droplets

Details

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

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Moisture and trace gas source значение Constant.

Значения	`Water vapor` \| `Water droplets`
Значение по умолчанию	`Water vapor`
Имя для программного использования	`moisture_source_phase`
Вычисляемый	Нет

# Added moisture temperature specification — метод задания температуры влаги
Atmospheric temperature | Specified temperature

Details

Выбор метода задания температуры влаги:

Atmospheric temperature — используется атмосферная температура, заданная блоком Moist Air Properties (MA), подключенным к сети.
Specified temperature — значение задается с помощью параметра Temperature of added moisture.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Moisture and trace gas source значение Constant.

Значения	`Atmospheric temperature` \| `Specified temperature`
Значение по умолчанию	`Atmospheric temperature`
Имя для программного использования	`moisture_temperature_type`
Вычисляемый	Нет

# Water droplets evaporation time constant — описание отсутствует
s | ns | us | ms | min | hr | d

Details

описание отсутствует

Единицы измерения	`s` \| `ns` \| `us` \| `ms` \| `min` \| `hr` \| `d`
Значение по умолчанию	`0.001 s`
Имя для программного использования	`evaporation_time_constant`
Вычисляемый	Да

# Moisture and trace gas source — источник влаги и примесных газов
None | Constant | Controlled

Details

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 Moisture Source (MA) и Trace Gas Source (MA).

Значения	`None` \| `Constant` \| `Controlled`
Значение по умолчанию	`None`
Имя для программного использования	`moisture_trace_gas_source`
Вычисляемый	Нет

# Water vapor evaporated from liquid or condensed to liquid — описание отсутствует

Details

описание отсутствует

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`vapor_from_liquid`
Вычисляемый	Нет

Main

# Dead volume — объем влажного воздуха при угле поворота вала 0
m^3 | um^3 | mm^3 | cm^3 | km^3 | ml | l | gal | igal | in^3 | ft^3 | yd^3 | mi^3

Details

Объем влажного воздуха при угле поворота вала, равном 0.

Единицы измерения	`m^3` \| `um^3` \| `mm^3` \| `cm^3` \| `km^3` \| `ml` \| `l` \| `gal` \| `igal` \| `in^3` \| `ft^3` \| `yd^3` \| `mi^3`
Значение по умолчанию	`1.0e-5 m^3`
Имя для программного использования	`dead_volume`
Вычисляемый	Да

# Environment pressure specification — описание отсутствует
Atmospheric pressure | Specified pressure

Details

описание отсутствует

Значения	`Atmospheric pressure` \| `Specified pressure`
Значение по умолчанию	`Atmospheric pressure`
Имя для программного использования	`pressure_type`
Вычисляемый	Нет

# Environment pressure — описание отсутствует
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg

Details

описание отсутствует

Единицы измерения	`Pa` \| `uPa` \| `hPa` \| `kPa` \| `MPa` \| `GPa` \| `kgf/m^2` \| `kgf/cm^2` \| `kgf/mm^2` \| `mbar` \| `bar` \| `kbar` \| `atm` \| `ksi` \| `psi` \| `mmHg` \| `inHg`
Значение по умолчанию	`0.101325 MPa`
Имя для программного использования	`p_environment`
Вычисляемый	Да

# Cross-sectional area at port A — площадь по нормали к сечению потока на входе в преобразователь
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

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

Единицы измерения	`m^2` \| `um^2` \| `mm^2` \| `cm^2` \| `km^2` \| `in^2` \| `ft^2` \| `yd^2` \| `mi^2` \| `ha` \| `ac`
Значение по умолчанию	`0.01 m^2`
Имя для программного использования	`port_area`
Вычисляемый	Да

Details

Объем перемещенного влажного воздуха на единицу оборота вала.

Единицы измерения	`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`
Значение по умолчанию	`0.01 m^3/rad`
Имя для программного использования	`volume_displacement`
Вычисляемый	Да

# Mechanical orientation — выберете ориентацию преобразователя
Pressure at A causes positive rotation of R relative to C | Pressure at A causes negative rotation of R relative to C

Details

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.

Значения	`Pressure at A causes positive rotation of R relative to C` \| `Pressure at A causes negative rotation of R relative to C`
Значение по умолчанию	`Pressure at A causes positive rotation of R relative to C`
Имя для программного использования	`orientation`
Вычисляемый	Нет

# Initial interface rotation — описание отсутствует
rad | deg | rev | mrad | arcsec | arcmin | gon

Details

описание отсутствует

Единицы измерения	`rad` \| `deg` \| `rev` \| `mrad` \| `arcsec` \| `arcmin` \| `gon`
Значение по умолчанию	`0 rad`
Имя для программного использования	`torque_start`
Вычисляемый	Да