Документация Engee

Преобразование в поступательное движение (ВВ)

Тип: AcausalFoundation.MoistAir.Elements.TranslationalMechanicalConverter

Путь в библиотеке:

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

Описание

Блок Преобразование в поступательное движение (ВВ) 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 Направление смещения 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 Направление смещения Положительное смещение порта R относительно порта С при увеличении давления в порту A, то ε . Если Отрицательное смещение порта R относительно порта С при увеличении давления в порту A, то ε .

Положение штока равно нулю, если объем влажного воздуха внутри преобразователя равен . Тогда, в зависимости от значения параметра Направление смещения, 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:

τρ

где τ — значение параметра Постоянная времени конденсации.

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 Управляемый дроссель (ВВ) или блок Пневматическое сопротивление (ВВ) 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

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

# H — температура внутри преобразователя
тепло

Details

Тепловой порт, связан с температурой влажного воздуха внутри преобразователя.

Имя для программного использования

thermal_port

# R — шток
поступательная механика

Details

Механический поступательный порт, соответствует штоку.

Имя для программного использования

rod_flange

# S — добавление или удаление влаги и примесных газов
влажный воздух

Details

Подключите этот порт к порту S блока из библиотеки Влажный воздух: Источники для добавления или удаления влаги и примесных газов.

Имя для программного использования

source_port

Выход

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

Details

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

Типы данных

Float64

Поддержка комплексных чисел

Нет

# W — скорость конденсации
скаляр

Details

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.

Типы данных

Float64

Поддержка комплексных чисел

Нет

Вход

Параметры

Основные

# Направление смещения — ориентация преобразователя
Положительное смещение порта R относительно порта С при увеличении давления в порту A | Отрицательное смещение порта R относительно порта С при увеличении давления в порту A

Details

Задает ориентацию движения механической части по отношению к изменению объема влажного воздуха:

  • Положительное смещение порта R относительно порта С при увеличении давления в порту A — увеличение объема влажного воздуха приводит к положительному смещению порта R относительно порта C.

  • Отрицательное смещение порта R относительно порта С при увеличении давления в порту A — увеличение объема влажного воздуха приводит к отрицательному смещению порта R относительно порта C.

Значения

Pressure at A causes positive displacement of R relative to C | Pressure at A causes negative displacement of R relative to C

Значение по умолчанию

Pressure at A causes positive displacement of R relative to C

Имя для программного использования

orientation

Вычисляемый

Нет

# Начальное смещение — начальное смещение порта R относительно порта C
м | см | ft | in | км | mi | мм | мкм | yd

Details

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

  • Если Направление смещения имеет значение Положительное смещение порта R относительно порта С при увеличении давления в порту A, значение параметра должно быть больше или равно 0.

  • Если Направление смещения имеет значение Отрицательное смещение порта R относительно порта С при увеличении давления в порту A, значение параметра должно быть меньше или равно 0.

Единицы измерения

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Значение по умолчанию

0.0 m

Имя для программного использования

delta_p_start

Вычисляемый

Да

# Площадь поперечного сечения преобразователя — площадь, на которую влажный воздух оказывает давление
м² | см² | ft² | in² | км² | mi² | мм² | мкм² | yd²

Details

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

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

piston_area

Вычисляемый

Да

# Мёртвый объём — объем влажного воздуха при нулевом смещении штока
л | gal | igal | м³ | см³ | ft³ | in³ | км³ | mi³ | мм³ | мкм³ | yd³ | Н*м/Па | Н*м/бар | lbf*ft/psi | ft*lbf/psi

Details

Объем влажного воздуха при смещении штока, 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 | N*m/Pa | N*m/bar | lbf*ft/psi | ft*lbf/psi

Значение по умолчанию

1.e-5 m^3

Имя для программного использования

dead_volume

Вычисляемый

Да

# Площадь поперечного сечения отверстия порта A — площадь по нормали к сечению потока на входе в преобразователь
м² | см² | ft² | in² | км² | mi² | мм² | мкм² | yd²

Details

Площадь поперечного сечения входного отверстия преобразователя 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

# Давление вне преобразователя — способ задания давления окружающей среды
Атмосферное давление | Заданное давление

Details

Задает способ задания давления окружающей среды:

  • Атмосферное давление — атмосферное давление.

  • Заданное давление — значение, заданное параметром Значение давления вне преобразователя.

Значения

Atmospheric pressure | Specified pressure

Значение по умолчанию

Atmospheric pressure

Имя для программного использования

environment_type

Вычисляемый

Нет

# Значение давления вне преобразователя — давление вне преобразователя
Па | ГПа | МПа | атм | бар | кПа | ksi | psi | мкПа | кбар

Details

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

Зависимости

Доступно, если для параметра Давление вне преобразователя значение Заданное давление.

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

# Относительная влажность при насыщении — 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

# Постоянная времени конденсации — постоянная времени конденсации
д | с | ч | мс | нс | мкс | мин

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

# Источник влаги и газовых примесей — источник влаги и примесных газов
Отсутствует | Постоянный | Управляемый

Details

Этот параметр управляет использованием порта S и предоставляет следующие возможности для моделирования уровней влаги и примесного газа внутри блока:

  • Отсутствует — в блок не вводится и из него не извлекается влажность или примесный газ. Порт S скрыт. Это значение используется по умолчанию.

  • Постоянный — влага и примесный газ подаются в блок или извлекаются из него с постоянным расходом. Те же параметры, что и в блоках Источник влажности (ВВ) и Источник газовых примесей (ВВ), становятся доступны в настройках блока. Порт S скрыт.

  • Управляемый — влага и примесный газ вводятся в блок или выводятся из него с изменяющимся во времени расходом. Порт S доступен. К этому порту подключаются блоки Источник влажности (ВВ) и Источник газовых примесей (ВВ).

Значения

None | Constant | Controlled

Значение по умолчанию

None

Имя для программного использования

moisture_trace_gas_source

Вычисляемый

Нет

# Добавление или удаление влаги — добавлять или удалять влагу в виде водяного пара или воды
Пар | Жидкость

Details

Выберите, в каком виде блок добавляет или удаляет влагу — в виде водяного пара или воды:

  • Пар — энтальпия добавленной или удаленной влаги соответствует энтальпии водяного пара, которая больше энтальпии воды.

  • Жидкость — энтальпия добавленной или удаленной влаги соответствует энтальпии воды, которая меньше энтальпии водяного пара.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Источник влаги и газовых примесей значение Постоянный.

Значения

Vapor | Liquid

Значение по умолчанию

Vapor

Имя для программного использования

moisture_source_phase

Вычисляемый

Нет

# Скорость добавления влаги — постоянный массовый расход через источник
кг/с | N*s/m | Н/(м/с) | lbf/(ft/с) | lbf/(in/с)

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 Источник влаги и газовых примесей значение Постоянный.

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

# Температура добавленной влаги — метод задания температуры влаги
Атмосферная температура | Заданная температура

Details

Выбор метода задания температуры влаги:

  • Атмосферная температура — используется атмосферная температура.

  • Заданная температура — значение задается с помощью параметра Температура добавленной влаги.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Источник влаги и газовых примесей значение Постоянный.

Значения

Atmospheric temperature | Specified temperature

Значение по умолчанию

Atmospheric temperature

Имя для программного использования

moisture_temperature_type

Вычисляемый

Нет

# Температура добавленной влаги — температура влаги
К | °C | °F | °R | ΔK | Δ°C | Δ°F | Δ°R

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 Температура добавленной влаги значение Заданная температура.

Единицы измерения

K | degC | degF | degR | deltaK | deltadegC | deltadegF | deltadegR

Значение по умолчанию

293.15 K

Имя для программного использования

moisture_temperature

Вычисляемый

Да

# Скорость добавления газовых примесей — постоянный массовый расход через источник
кг/с | N*s/m | Н/(м/с) | lbf/(ft/с) | lbf/(in/с)

Details

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

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Источник влаги и газовых примесей значение Постоянный.

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

# Температура добавленных газовых примесей — метод задания температуры примесного газа
Атмосферная температура | Заданная температура

Details

Выбор метода задания температуры примесного газа:

  • Атмосферная температура — используется атмосферная температура.

  • Заданная температура — значение задается с помощью параметра Температура добавленных газовых примесей.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Источник влаги и газовых примесей значение Постоянный.

Значения

Atmospheric temperature | Specified temperature

Значение по умолчанию

Atmospheric temperature

Имя для программного использования

trace_gas_temperature_type

Вычисляемый

Нет

# Температура добавленных газовых примесей — температура примесного газа
К | °C | °F | °R | ΔK | Δ°C | Δ°F | Δ°R

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 Температура добавленных газовых примесей значение Заданная температура.

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