Документация Engee
Notebook

Исследование свойств сжимаемого газа

Открыть пример в Engee

В этом примере мы используем модель поршня и построим построения графики эксперимента по сжатию газа.

Описание модели

Основным элементом модели является блок поршня Translational Mechanical Converter. Отрицательное перемещение штока поршня означает его сжатие и приводит к увеличению температуры и давления в выходном канале.

image.png

Дополнительные блоки отвечают за управление состоянием поршня и измерение этого состояния:

  • перемещение штока осуществляется под действием Translational Velocity Source
  • датчик перемещения Absolute Translational Motion Sensor измеряет положение штока
  • датчик давления и температуры Absolute Pressure & Temperature Sensor (G) позволяет измерить свойства газа на выходе поршня
  • блок Gas Properties (G) устанавливает свойства рабочего тела нашей модели.

Модель может работать с идеальным газом, с полуидеальной и реальной моделями газа.

У поршня есть предельное положение (равное 0.0) и начальное положение (Initial interface displacement), установленное равным 0.5 м.

При достижении нулевого положения давление внутри поршня будет равно установленному в его свойствах значению Dead volume (в модели оно равно 1e-5 м^3), дальше шток двигаться не может.

Управление штоком

В данной модели перемещение штока задано блоком постоянной скорости. При таком управлении перемещение штока будет равномерным, поступательным и не будет учитывать встречное воздействие от сжимаемого газа. В реальности приближенная ситуация может возникнуть в том случае, когда реакция газа на сжатие пренебрежимо мала по сравнению с усилием, которое воздействует на шток, а сам поршень конструктивно неразрушимый.

При этом подключение источника силы к штоку поршня приводит к получению нерешаемой системы уравнений.

Если начальное положение штока равно нулю, отрицательное движение поршня невозможно. При решении такой системы интегратор будет уменьшать шаг, пока не возникнет ошибка DtLessThanMin.

Передача "положительного значения" скорости в блок Translational Velocity Source приводит к вытягиванию штока и снижению давления и температуры на его выходе. Поменяйте значение блока Constant на положительное чтобы убедиться в этом.

Запуск модели

In [ ]: 
# Загрузим модель, если она еще не открыта на холсте
if "gas_actuator_model" ∉ getfield.(engee.get_all_models(), :name)
    engee.load( "$(@__DIR__)/gas_actuator_model.engee");
end

model_data = engee.run( "gas_actuator_model" );

Построим графики состояния газа.

In [ ]: 
gr()
pos = collect( model_data["Положение штока"] )
P_out = collect( model_data["P_out"] )
T_out = collect( model_data["T_out"] )
plot(
    layout=(2,1),
    plot( pos.time, pos.value, title="Перемещение штока", leg=false, c=1),
    plot( plot( P_out.time, P_out.value, title="Давление", leg=false, c=2 ),
          plot( T_out.time, T_out.value, title="Температура", leg=false, c=3 ) )
)
Out[0]:

Верхний график показывает перемещение штока от его начального положения (а не положение относительно нулевой точки).

Если увеличить время симуляции свыше 10 секунд, положение штока достигнет нуля и симуляция остановится с ошибкой. Чтобы избежать такого, существуют более сложные модели на основе Translational Mechanical Converter, например блок Single-Acting Actuator (G).

Заключение

Эта небольшая модель позволяет понять работу одного из базовых "строительных кирпичиков" в газодинамических моделях. Этот блок лежит в основе многих других более сложных моделей узлов, например линейных газовых приводов и компрессоров.

Блоки, использованные в примере