Translational Mechanical Converter (MA)

Тип: AcausalFoundation.MoistAir.Elements.TranslationalMechanicalConverter

Путь в библиотеке:

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

Описание

Блок Translational Mechanical Converter (MA) представляет собой интерфейс (преобразователь) между сетью влажного воздуха и механической поступательной сетью. Блок преобразует давление влажного воздуха в механическую силу и наоборот. Его можно использовать в качестве основы для поступательных газовых приводов.

Преобразователь содержит переменный объем влажного воздуха. Давление и температура изменяются в зависимости от сжимаемости и теплоемкости влажного воздуха. Жидкая вода конденсируется из объема влажного воздуха, когда он достигает насыщения. Параметр Mechanical orientation позволяет указать, приводит ли увеличение объема влажного воздуха к положительному или отрицательному смещению порта R относительно порта C.

Порт A — порт влажного воздуха, соответствует входу преобразователя. Порт H — тепловой порт, связанный с температурой влажного воздуха внутри преобразователя. Порты R и C представляют собой механические поступательные порты, соответствующие штоку и корпусу преобразователя.

Уравнения

В уравнениях блока используются эти символы:

Нижние индексы , и указывают на свойства сухого воздуха, водяного пара и примесного газа соответственно;
Нижний индекс указывает уровень насыщения водяным паром;
Нижние индексы , и указывают соответствующий порт;
Нижний индекс указывает свойства внутреннего объема влажного воздуха;
— массовый расход;
— расход 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, что является синонимом для обозначения массовой доли водяного пара);
— молярная доля;
— относительная влажность;
— коэффициент влажности;
— температура;
— время.

Сохранение массы и энергии

Чистый расход влажного воздуха в объеме преобразователя равен:

где

— расход конденсации;
— скорость потери энергии конденсированной водой;
— уровень энергии, добавляемой источниками влаги и примесных газов;
и — массовые расходы воды и газа соответственно через порт S. Значения , и определяются источниками влаги и примесных газов, подключенными к порту S преобразователя.

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

Аналогичным образом, 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 — объемный расход преобразователя.

Наконец, сохранение энергии связывает расход 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:

где

— объем жидкости, при котором положение штока равно 0;
— площадь поперечного сечения штока;
— смещение штока;
— коэффициент механической ориентации. Если значение параметра Mechanical orientation Pressure at A causes positive displacement of R relative to C, то . Если Pressure at A causes negative displacement of R relative to C, то .

Положение штока равно нулю, если объем влажного воздуха внутри преобразователя равен . Тогда, в зависимости от значения параметра Mechanical orientation, справедливо следующее:

Если давление в точке A вызывает положительное смещение R относительно C, то смещение штока увеличивается, когда объем влажного воздуха увеличивается по сравнению с .
Если давление в точке A вызывает отрицательное смещение R относительно С, то смещение штока уменьшается, когда объем влажного воздуха увеличивается по сравнению с .

Баланс сил на механическом интерфейсе составляет:

где

— сила, передаваемая от порта R к порту C;
— давление окружающей среды.

Газовое и термическое сопротивления в преобразователе не моделируются:

Когда объем влажного воздуха достигает насыщения, может произойти конденсация влаги. Удельная влажность при насыщении составляет:

где

— относительная влажность при насыщении (обычно 1);
— давление насыщения водяным паром, соответствующее температуре .

Скорость конденсации равна:

где — значение параметра Condensation time constant.

Конденсированная вода вычитается из объема влажного воздуха, как показано в уравнениях сохранения. Энергия, связанная с конденсированной водой, равна:

где — удельная энтальпия испарения, оцененная при .

Количества влаги и примесных газов связаны друг с другом следующим образом:

Допущения и ограничения

Корпус преобразователя абсолютно жесткий.
Газовое сопротивление между входом преобразователя и объемом влажного воздуха не моделируется. Подключите блок Variable Local Restriction (MA) или блок Flow Resistance (MA) к порту A, чтобы смоделировать потери давления, связанные со входом.
Тепловое сопротивление между портом H и объемом влажного воздуха не моделируется. Используйте блоки тепловой библиотеки для моделирования теплового сопротивления между влажной воздушной смесью и окружающей средой, включая любые тепловые эффекты стенок камеры.
Подвижный шток работает без потерь.
Блок не моделирует механические эффекты, такие как механические ограничения, трение и инерция.

Порты