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 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;
— 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.

Порты

Ненаправленные

# A — вход влажного воздуха
влажный воздух

Details

Порт влажного воздуха, соответствует входу преобразователя.

Имя для программного использования

port

# 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

# 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

# W — скорость конденсации, кг/с
скаляр

Details

Выходной порт, измеряющий скорость конденсации в преобразователе.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

# 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

Параметры

Основные

# 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 — вращательное смещение порта R относительно порта C в начале моделирования
deg | rad | rev | mrad

Details

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

Зависимости

Чтобы использовать параметр, установите для параметра Interface rotation значение Calculate from angular velocity of port R relative to port C:

Если Mechanical orientation — Pressure at A causes positive rotation of R relative to C, то значение параметра должно быть больше или равно 0.
Если Mechanical orientation — Pressure at A causes negative rotation of R relative to C, то значение параметра должно быть меньше или равно 0.

Единицы измерения	`deg` \| `rad` \| `rev` \| `mrad`
Значение по умолчанию	`0.0 rad`
Имя для программного использования	`delta_phi_start`
Вычисляемый	Да

Details

Объем перемещенного влажного воздуха на единицу оборота вала.

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

# Dead volume — объем влажного воздуха при угле поворота вала 0
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

Объем влажного воздуха при угле поворота вала, равном 0.

Единицы измерения	`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`
Значение по умолчанию	`1.e-5 m^3`
Имя для программного использования	`dead_volume`
Вычисляемый	Да

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

Details

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

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

# Environment pressure specification — способ задания давления окружающей среды
Atmospheric pressure | Specified pressure

Details

Выберете способ задания давления окружающей среды:

Atmospheric pressure — используется атмосферное давление.

Specified pressure — задайте значение с помощью параметра Environment pressure.

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

# Environment pressure — давление вне преобразователя
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

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

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Environment pressure specification значение Specified pressure.

Единицы измерения	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
Значение по умолчанию	`0.101325 MPa`
Имя для программного использования	`environment_pressure`
Вычисляемый	Да

Влага и газовые примеси

# Relative humidity at saturation — относительная влажность, при превышении которой происходит конденсация влаги

Details

Относительная влажность, выше которой происходит конденсация.

Значение по умолчанию	`1.0`
Имя для программного использования	`RH_saturation`
Вычисляемый	Да

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

Details

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

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

# Moisture added or removed — добавлять или удалять влагу в виде водяного пара или воды
Vapor | Liquid

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	`Vapor` \| `Liquid`
Значение по умолчанию	`Vapor`
Имя для программного использования	`moisture_source_phase`
Вычисляемый	Нет

# Rate of added moisture — постоянный массовый расход через источник
kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)

Details

Массовый расход влаги через источник.

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

Зависимости

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

Единицы измерения	`kg/s` \| `N*s/m` \| `N/(m/s)` \| `lbf/(ft/s)` \| `lbf/(in/s)`
Значение по умолчанию	`0.0 kg/s`
Имя для программного использования	`moisture_mass_flow`
Вычисляемый	Да

# 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 контуру.
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

Details

Введите 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

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Added moisture temperature specification значение Specified temperature.

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

# Rate of added trace gas — постоянный массовый расход через источник
kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)

Details

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

Зависимости

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

Единицы измерения	`kg/s` \| `N*s/m` \| `N/(m/s)` \| `lbf/(ft/s)` \| `lbf/(in/s)`
Значение по умолчанию	`0.0 kg/s`
Имя для программного использования	`trace_gas_mass_flow`
Вычисляемый	Да

# 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

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

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Added trace gas temperature specification значение Specified temperature.

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