Документация Engee

Преобразование в поступательное движение (Г)

Интерфейс между газовой и механической поступательной сетями.

translational mechanical converter (g)

Описание

Блок Преобразование в поступательное движение (Г) представляет интерфейс (преобразователь) между газовой и механической поступательной сетями. Блок преобразует давление газа в механическую силу и наоборот. Его можно использовать в качестве основы для линейных газовых приводов и компрессоров.

Преобразователь содержит переменный объем газа. Давление и температура изменяются в зависимости от сжимаемости и теплоемкости газа. Параметр Mechanical orientation позволяет указать, приводит ли увеличение объема газа к положительному или отрицательному смещению порта R относительно порта C.

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

Сохранение массы

Уравнение сохранения массы аналогично уравнению для блока Камера постоянного объема (Г) с дополнительным членом, связанным с изменением объема газа:

ρ ,

где:

  • — частная производная массы газа по давлению при постоянной температуре и объеме.

  • — частная производная массы газа по температуре при постоянном давлении и объеме.

  • — давление газа. Давление на порту A считается равным этому давлению, .

  • — температура газа. Предполагается, что температура на порту H равна этой температуре, .

  • ρ — плотность газа.

  • — объем газа.

  • — время.

  • — массовый расход на порту А. Скорость потока через порт положительна, если газ втекает в блок.

Энергетический баланс

Уравнение энергетического баланса связывает расходы энергии и тепла с динамикой давления и температуры внутреннего узла, представляющего объем газа:

ρ ,

где:

  • — частная производная внутренней энергии газа по давлению при постоянной температуре и объеме.

  • — частная производная внутренней энергии газа по температуре при постоянном давлении и объеме.

  • — расход энергии на порту A.

  • — скорость теплового потока на порту H.

  • — удельная энтальпия газа.

Частные производные для моделей идеального и полуидеального газа

Частные производные массы M и внутренней энергии U газа по давлению и температуре при постоянном объеме зависят от модели свойств газа. Для моделей идеального и полуидеального газа уравнения таковы:

ρ

ρ

ρ

где:

  • ρ — плотность газа.

  • — объем газа.

  • — удельная энтальпия газа.

  • — коэффициент сжимаемости.

  • — универсальная газовая постоянная.

  • — удельная теплоемкость при постоянном давлении газа.

Частные производные для модели реального газа

Для модели реального газа частные производные массы M и внутренней энергии U газа по отношению к давлению и температуре при постоянном объеме равны:

ρβ

ρα

ρβα

ρα

где:

  • β — изотермический объемный модуль сжатия газа.

  • α — изобарический коэффициент теплового расширения газа.

Объем газа

Объем газа зависит от смещения поршня:

ε

где:

  • — мертвый объем.

  • — перемещение поршня (газовая часть преобразователя).

  • — перемещение штока (механическая часть преобразователя).

  • ε — ориентация преобразователя. Если параметр Mechanical orientation установлен в значение Pressure at A causes positive displacement of R relative to C, то ε . Если параметр Mechanical orientation установлен в значение Pressure at A causes negative displacement of R relative to C то ε .

  • Если параметр Mechanical orientation установлен в значение Pressure at A causes positive displacement of R relative to C, смещение штока увеличивается, когда объем газа увеличивается от мертвого объема.

  • Если параметр Mechanical orientation установлен в значение Pressure at A causes negative displacement of R relative to C, то смещение штока уменьшается, когда объем газа увеличивается от мертвого объема.

Баланс сил

Баланс сил:

ε ,

где:

  • — сила, действующая в направлении от порта R к порту C.

  • — давление окружающей среды.

Допущения и ограничения

  • Корпус преобразователя абсолютно жесткий.

  • Сопротивление потоку между портом А и внутренней частью преобразователя отсутствует.

  • Тепловое сопротивление между портом H и внутренней частью преобразователя отсутствует.

  • Утечек газа нет.

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

Порты

Вход

A — вход газа
газ

Газовый порт, соответствует входу преобразователя.

H — температура внутри теплового преобразователя
тепло

Тепловой порт, связан с температурой газа внутри конвертера.

R — шток
поступательная механика

Механический поступательный порт, соответствует штоку.

C — корпус
поступательная механика

Механический поступательный порт, соответствует корпусу преобразователя.

Параметры

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

Задает ориентацию движения механической части по отношению к изменению объема газа:

  • Pressure at A causes positive displacement of R relative to C — увеличение объема газа приводит к положительному смещению порта R относительно порта C.

  • Pressure at A causes negative displacement of R relative to C — увеличение объема газа приводит к отрицательному смещению порта R относительно порта C.

Initial interface displacement, m — начальное смещение порта R относительно порта C
0.0 (по умолчанию)

Начальное смещение порта R относительно порта C. Значение 0 соответствует начальному объему газа, равному Dead volume.

Зависимости

  • Если Mechanical orientation имеет значение Pressure at A causes positive displacement of R relative to C, значение параметра должно быть больше или равно 0.

  • Если Mechanical orientation имеет значение Pressure at A causes negative displacement of R relative to C, значение параметра должно быть меньше или равно 0.

Interface cross-sectional area, m² — площадь, на которую газ оказывает давление
0.01 м² (по умолчанию)

Площадь, на которую газ оказывает давление для создания усилия.

Dead volume, m³ — объем газа при нулевом смещении штока
1e−5 м³ (по умолчанию)

Объем газа при смещении штока, равном 0.

Cross-sectional area at port A, m² — 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 газа.

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

Задает способ задания давления окружающей среды:

  • Atmospheric pressure — атмосферное давление, заданное блоком Свойства газа (Г), подключенным к контуру.

  • Specified pressure — точное значение из параметра Environment pressure.

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

Давление вне конвертера, противодействующее давлению объема газа конвертера. Значение 0 указывает, что преобразователь работает в вакуум.

Зависимости

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

Initial pressure of gas volume, Pa — исходное значение давления газа
0.101325 МПа (по умолчанию)

Исходное значение давления.

Initial temperature of gas volume, K — начальное значение температуры газа
293.15 К (по умолчанию)

Начальное значение температуры газа.

Initial density of gas volume, kg/m³ — начальное значение плотности газа
1.2 кг/м³ (по умолчанию)

Начальное значение плотности газа.