Документация Engee

Translational Mechanical Converter (MA)

Интерфейс между сетью влажного воздуха и механической поступательной сетью.

translational mechanical converter (ma)

Описание

Блок Translational Mechanical Converter (MA) представляет 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.

  • ρ — 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.

  • φ — 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:

ρ

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

ρ

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

ρρ

где

  • — объемный расход преобразователя.

Наконец, сохранение энергии связывает расход энергии с динамикой давления, температуры и массовых долей внутреннего объема влажного воздуха:

ρ

Уравнение состояния связывает плотность смеси с давлением и температурой:

ρ

Универсальная газовая постоянная смеси равна

Объем преобразователя:

ε

где:

  • — объем жидкости, при котором положение штока равно 0.

  • — площадь поперечного сечения штока.

  • — смещение штока.

  • ε — коэффициент механической ориентации. Если значение параметра Mechanical orientation Pressure at A causes positive displacement of R relative to C, то ε . Если Pressure at A causes negative displacement of R relative to C, то ε .

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:

ε ,

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:

φ

где:

  • φ — относительная влажность при насыщении (обычно 1).

  • — давление насыщения водяным паром, соответствующее температуре .

Скорость конденсации равна:

еслиτρесли

где

  • τ — 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:

φ

Допущения и ограничения

  • Корпус преобразователя абсолютно жесткий.

  • Газовое сопротивление между входом преобразователя и объемом влажного воздуха не моделируется. Подключите блок 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

Ненаправленные

A — вход влажного воздуха
влажный воздух

Порт влажного воздуха, соответствует входу преобразователя.

H — температура внутри теплового преобразователя
тепло

Тепловой порт, связан с температурой влажного воздуха внутри конвертера.

R — шток
поступательная механика

Механический поступательный порт, соответствует штоку.

C — корпус
поступательная механика

Механический поступательный порт, соответствует корпусу преобразователя.

S — добавление или удаление влаги и примесных газов
влажность и газовая примесь

Подключите этот порт к порту S блока из библиотеки Влажные воздушные: Источники влажности и газовой примеси для добавления или удаления влаги и примесных газов.

Выход

W — скорость конденсации
скаляр

Выходной порт сигнала, который содержит значение скорости конденсации в преобразователе. Если параметр Condensation on wall surface включен, этот порт сообщает общую скорость конденсации водяного пара, которая включает конденсацию из объема насыщенного влажного воздуха, а также конденсацию на стенке преобразователя.

F — информация о давлении, температуре, влажности и количестве примесных газов
вектор

Выходной порт сигнала; вектор со следующими элементами: давление, температура, уровень влажности и количестве примесных газов внутри компонента. Для распаковки векторного сигнала используется блок Measurement Selector (MA).

Параметры

Main

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 влажного воздуха:

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

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

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

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

  • 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 — площадь, на которую влажный воздух оказывает давление
0.01 м² (по умолчанию)

Площадь, на которую влажный воздух оказывает давление для создания поступательного усилия.

Dead volume — объем влажного воздуха при нулевом смещении штока
1e−5 м³ (по умолчанию)

Объем влажного воздуха при смещении штока, равном 0.

Cross-sectional area at port A — площадь по нормали к сечению потока на входе в преобразователь
0.01 м² (по умолчанию)

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

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

Задает способ задания давления окружающей среды:

  • Atmospheric pressure — атмосферное давление.

  • Specified pressure — значение, заданное параметром Environment pressure.

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

Давление вне преобразователя, противодействующее давлению объема влажного воздуха конвертера. Значение 0 указывает, что преобразователь работает в вакууме.

Зависимости

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

Влажность и примесный газ

Relative humidity at saturation — относительная влажность, при превышении которой происходит конденсация влаги
1.0 (по умолчанию)

Относительная влажность, выше которой происходит конденсация.

Condensation time constant — постоянная времени конденсации
1e−3 c (по умолчанию)

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

Moisture and trace gas source — источник влаги и примесных газов
None (по умолчанию) | Constant | Controlled

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 влажность или примесный газ. Порт S скрыт. Это значение используется по умолчанию.

  • Constant — влага и примесный газ подаются в блок или извлекаются из него с постоянным расходом. 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 изменяющимся во времени расходом. Порт S доступен. К этому порту подключаются блоки Moisture Source (MA) и Trace Gas Source (MA).

Moisture added or removed — добавлять или удалять влагу в виде водяного пара или воды
Vapor (по умолчанию) | Liquid

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

Используется, если для параметра Moisture and trace gas source установлено значение Constant.

Rate of added moisture — постоянный массовый расход через источник
0.0 (по умолчанию)

Массовый расход влаги через источник.

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

Зависимости

Используется, если для параметра Moisture and trace gas source установлено значение Constant.

Added moisture temperature specification — метод задания температуры влаги
Atmospheric temperature (по умолчанию) | Specified temperature

Выбор метода задания температуры влаги:

  • Atmospheric temperature — используется атмосферная температура.

  • Specified temperature — значение задается с помощью параметра Temperature of added moisture.

Зависимости

Используется, если для параметра Moisture and trace gas source установлено значение Constant.

Temperature of added moisture — температура влаги
293.15 К (по умолчанию)

Введите желаемую 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

Используется, если для параметра Added moisture temperature specification установлено значение Specified temperature.

Rate of added trace gas — постоянный массовый расход через источник
0.0 (по умолчанию)

Отражает массовый расход примесного газа через источник. Положительное значение добавляет примесный газ в подключенный объем влажного воздуха. Отрицательное значение отбирает примесный газ из этого объема.

Зависимости

Используется, если для параметра Moisture and trace gas source установлено значение Constant.

Added trace gas temperature specification — метод задания температуры примесного газа
Atmospheric temperature (по умолчанию) | Specified temperature

Выбор метода задания температуры примесного газа:

  • Atmospheric temperature — используется атмосферная температура.

  • Specified temperature — значение задается с помощью параметра Temperature of added trace gas.

Зависимости

Используется, если для параметра Moisture and trace gas source установлено значение Constant.

Temperature of added trace gas — температура примесного газа
293.15 К (по умолчанию)

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

Используется, если для параметра Added trace gas temperature specification установлено значение Specified temperature.