Мембрана (Г-Г)

Пневматическая мембрана с объемной жесткостью.

Тип: EngeeFluids.DesignComponents.Diaphragms.GasGas

Мембрана (Г-Г)

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Fluids/Gas/Actuators/Diaphragm (G-G)

Мембрана в подвижном корпусе (Г-Г)

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Fluids/Gas/Actuators/Diaphragm with Moving Body (G-G)

Описание

Блок Мембрана (Г-Г) представляет собой часть пневматического компонента, в котором давление действует на мембрану, гибкую перегородку, разделяющую два газовых объема. Если установлен флажок Объемная жесткость, то блок учитывает деформацию мембраны и связанную с ней пневматическую жесткость.

Если установлен флажок Подвижный корпус, то реализуется блок Мембрана в подвижном корпусе (Г-Г) и моделируется перемещение корпуса. В этом случае перемещение и скорость корпуса связаны с портами CA и CB. Скорость и смещение штока связаны с портами RA и RB. Для мембраны определяется эффективный диаметр, как функция смещения штока, если корпус неподвижен, или относительного смещения между корпусом и штоком, если корпус подвижен. Сила в порту RA рассчитывается на основе внешней силы в порту RB и сил давления на мембрану. Если корпус подвижен, то сила в порту CA рассчитывается на основе внешней силы в порту CB и сил давления на мембрану. Скорости и перемещения в портах RA и RB, а также CA и CB в случае подвижного корпуса, равны попарно между собой соответственно.

В камерах определены давление и температура, и они равны давлению и температуре в портах A и B. Расход в портах A и B рассчитывается на основе относительной скорости корпуса и мембраны, а также текущего объема камеры и производной этого объема. Предполагается, что камеры теплоизолированы, поэтому изменение энтальпии обусловлено адиабатными процессами в камере за счет изменения объема и давления.

Используйте этот блок для моделирования пневматической мембраны, эффективная площадь которой зависит перемещения штока относительно исходного положения. Обратите внимание, что в более сложных моделях мембран эффективная площадь рассматривается как функция перемещения штока и разности давления по обе стороны мембраны.

Этот блок можно использовать в сочетании с пружиной переменной жесткости, например Поступательная пружина с переменным коэффициентом, для моделирования нелинейной жесткости мембраны.

На рисунке изображена схема пневматического компонента с мембраной.

diaphragm g g 1 ru

На этом рисунке:

— диаметр штока со стороны порта RA, значение параметра Диаметр штока со стороны порта RA;
— диаметр штока со стороны порта RB, значение параметра Диаметр штока со стороны порта RB;
— диаметр корпуса, значение параметра Диаметр корпуса;
— перемещение штока;
— исходное положение штока диафрагмы, значение параметра Исходное положение штока;
— эффективный диаметр мембраны в зависимости от перемещения штока ;
и — давления в камерах A и B;
, — силы в портах RA и RB;
, — силы в портах CA и CB для случая, когда флажок Подвижный корпус установлен.

Эффективный диаметр мембраны для разных значений перемещения штока определяется из векторов Вектор эффективных диаметров и Вектор перемещений штока посредством линейной интерполяции.

Уравнения

Эффективные площади

Если флажок Подвижный корпус снят, корпус неподвижен, перемещение штока , определяется как

где

— исходное положение штока, соответствующее нулевому смещению, значение параметра Исходное положение штока;
— перемещение штока в порту RA.

Если флажок Подвижный корпус установлен, моделируется подвижный корпус, перемещение штока определяется как

где — перемещение корпуса в порту CA.

Эффективная площадь — это площадь приведенного цилиндра, создающего эквивалентную осевую силу. Эффективная площадь по обе стороны мембраны для каждой камеры определяется как

Выходные силы

Сила на порту RA определяется как

где и — давления в камерах A и B.

Если флажок Подвижный корпус установлен, моделируется движение корпуса, и сила в порту CA определяется как

Жесткость мембраны

Если установлен флажок Объемная жесткость, то в блоке учитывается деформация мембраны из-за избыточного давления на одной из сторон мембраны.

Следующий тест позволяет измерить объемную жесткость: шток мембраны жестко зафиксирован, в одну из камер подается повышенное давление, вторая камера сообщается с атмосферой.

diaphragm g g 2

Измеряя изменения давления и объема камер, получим

где

— разность давления, воздействующая на мембрану;
— изменение объема;
— коэффициент жесткости мембраны, значение параметра Коэффициент жесткости мембраны, приведенный к сжимаемости газа;
— мера сопротивления газа изменению объема в Па/м³.

Расход, обусловленный деформацией мембраны, рассчитывается следующим образом:

Для вычисления производной объема (соответствующей расходу из-за деформации мембраны) вводится следующее приближение:

Расход газа, обусловленный деформацией мембраны, рассчитывается с использованием явного состояния , которое инициализируется как

где — разность давления в начальный момент времени .

Тогда производная приближенно может быть записана следующим образом:

где — постоянная времени, значение параметра Постоянная времени.

Если флажок Объемная жесткость не установлен, то предполагается, что мембрана не деформируется, в этом случае

Объемы и производные объемов

Если флажок Подвижный корпус снят и движение корпуса не моделируется, то производные объемов камер A и B определяются как

где — скорость перемещения штока.

Если флажок Подвижный корпус установлен и движение корпуса моделируется, то производные объемов камер A и B определяются как

где — скорость перемещения корпуса.

Объемы рассчитываются как

где и — объемы камер A и B, соответствующие нулевому смещению, значения параметров Объем камеры со стороны порта A при нулевом смещении и Объем камеры со стороны порта B при нулевом смещении.

Порты

Ненаправленные

# A — вход или выход для газа
газ

Details

Порт, связанный с камерой A.

Имя для программного использования

port_a

# B — вход или выход для газа
газ

Details

Порт, связанный с камерой B.

Имя для программного использования

port_b

# RA — шток
поступательная механика

Details

Механический поступательный порт, связанный со штоком со стороны газового порта A.

Имя для программного использования

rod_flange_a

# RB — шток
поступательная механика

Details

Механический поступательный порт, связанный со штоком со стороны газового порта B.

Имя для программного использования

rod_flange_b

# CA — корпус
поступательная механика

Details

Механический поступательный порт, связанный с корпусом со стороны газового порта A.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите флажок Подвижный корпус.

Имя для программного использования

case_flange_a

# CB — корпус
поступательная механика

Details

Механический поступательный порт, связанный с корпусом со стороны газового порта B.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите флажок Подвижный корпус.

Имя для программного использования

case_flange_b

Параметры

# Одинаковый газ в обеих камерах — моделируется ли один и тот же газ в обеих камерах блока

Details

Моделируется ли один и тот же газ с двух сторон блока. Если у параметра установлен флажок, то свойства газа распространяются через блок. Если флажок снят, то камеры блока подключены к изолированным сетям газа с разными свойствами.

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

# Направление перемещения штока — направление перемещения штока
Положительное смещение штока при увеличении давления в порту A | Отрицательное смещение штока при увеличении давления в порту A

Details

Определяет направление перемещения штока. Варианты для выбора:

Положительное смещение штока при увеличении давления в порту A — перемещение штока положительно, если объем газа в порту A увеличивается. Это соответствует движению штока наружу из корпуса.
Отрицательное смещение штока при увеличении давления в порту A — перемещение штока отрицательно, если объем газа в порту A увеличивается. Это соответствует движению штока внутрь корпуса.

Значения	`Pressure at port A causes positive relative rod displacement` \| `Pressure at port A causes negative relative rod displacement`
Значение по умолчанию	`Pressure at port A causes positive relative rod displacement`
Имя для программного использования	`orientation`
Вычисляемый	Нет

# Подвижный корпус — подвижный корпус

Details

Установите этот флажок, если вы моделируете подвижный корпус.

Если флажок снят, то считается, что корпус неподвижен.

Значение по умолчанию	`—`
Имя для программного использования	`moving_case`
Вычисляемый	Нет

# Объемная жесткость — объемная жесткость

Details

Установите этот флажок, чтобы учитывать деформацию мембраны из-за разности давлений по обе ее стороны.

Если флажок снят, то деформация мембраны по причине разности давлений не моделируется.

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

# Диаметр штока со стороны порта RB — диаметр штока со стороны порта RB
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

Диаметр штока со стороны порта RB.

Единицы измерения	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
Значение по умолчанию	`5.0 mm`
Имя для программного использования	`rod_b_diameter`
Вычисляемый	Да

# Диаметр штока со стороны порта RA — диаметр штока со стороны порта RA
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

Диаметр штока со стороны порта RA.

Единицы измерения	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
Значение по умолчанию	`5.0 mm`
Имя для программного использования	`rod_a_diameter`
Вычисляемый	Да

# Объем камеры со стороны порта A при нулевом смещении — объем камеры со стороны порта A при нулевом смещении
m^3 | um^3 | mm^3 | cm^3 | km^3 | ml | l | gal | igal | in^3 | ft^3 | yd^3 | mi^3

Details

Объем камеры со стороны порта A при нулевом смещении.

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	`10.0 cm^3`
Имя для программного использования	`V_a_at_zero_displacement`
Вычисляемый	Да

# Объем камеры со стороны порта B при нулевом смещении — объем камеры со стороны порта B при нулевом смещении
m^3 | um^3 | mm^3 | cm^3 | km^3 | ml | l | gal | igal | in^3 | ft^3 | yd^3 | mi^3

Details

Объем камеры со стороны порта B при нулевом смещении.

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	`10.0 cm^3`
Имя для программного использования	`V_b_at_zero_displacement`
Вычисляемый	Да

# Исходное положение штока — исходное положение штока
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

Исходное положение штока , соответсвующее нулевому смещению.

Единицы измерения	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
Значение по умолчанию	`0.0 mm`
Имя для программного использования	`lift_at_zero_displacement`
Вычисляемый	Да

# Вектор перемещений штока — вектор значений перемещений штока
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

Значения перемещения штока , для которых заданы значения эффективных диаметров Вектор эффективных диаметров.

Единицы измерения	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
Значение по умолчанию	`[-100.0, 0.0, 100.0] mm`
Имя для программного использования	`lift_vector`
Вычисляемый	Да

# Вектор эффективных диаметров — вектор значений эффективных диаметров
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

Значения эффективных диаметров в зависимости от значений перемещений штока Вектор эффективных диаметров.

Единицы измерения	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
Значение по умолчанию	`[7.0, 6.0, 7.0] mm`
Имя для программного использования	`effective_diameter_vector`
Вычисляемый	Да

# Диаметр корпуса — диаметр корпуса
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

Диаметр корпуса .

Единицы измерения	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
Значение по умолчанию	`10.0 mm`
Имя для программного использования	`case_diameter`
Вычисляемый	Да

Начальные условия

# Начальное смещение штока — начальное смещение штока
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

Начальное смещение штока.

Единицы измерения	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
Значение по умолчанию	`0.0 mm`
Имя для программного использования	`rod_offset`
Вычисляемый	Да

# Начальное давление газа в камере A — начальное давление газа в камере A
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg

Details

Начальное давление газа в камере A.

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_a_start`
Вычисляемый	Да

Details

Начальная температура газа в камере A.

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

# Начальное давление газа в камере B — начальное давление газа в камере B
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg

Details

Начальное давление газа в камере B.

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_b_start`
Вычисляемый	Да

Details

Начальная температура газа в камере B.

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

# Начальное смещение корпуса — начальное смещение корпуса
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

Начальное смещение корпуса.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Подвижный корпус.

Единицы измерения	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
Значение по умолчанию	`0.0 mm`
Имя для программного использования	`case_offset`
Вычисляемый	Да

Объемная жесткость

# Коэффициент жесткости мембраны, приведенный к сжимаемости газа — коэффициент жесткости мембраны
Pa/m^3 | MPa/m^3

Details

Коэффициент жесткости мембраны .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Объемная жесткость.

Единицы измерения	`Pa/m^3` \| `MPa/m^3`
Значение по умолчанию	`2.0e14 Pa/m^3`
Имя для программного использования	`k_pneumatic_strain`
Вычисляемый	Да

# Постоянная времени — постоянная времени
s | ns | us | ms | min | hr | d

Details

Постоянная времени .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Объемная жесткость.

Единицы измерения	`s` \| `ns` \| `us` \| `ms` \| `min` \| `hr` \| `d`
Значение по умолчанию	`0.0001 s`
Имя для программного использования	`tau`
Вычисляемый	Да