気体システム

この例では、制御された空気圧アクチュエータを Foundation Library の気体コンポーネントを使用してモデル化する方法を説明します。Directional Valve は、フロー パスの開閉をモデル化するために Variable Local Restriction (G) ブロックから作成されたマスク サブシステムです。Double-Acting Actuator は、気体ネットワークと機械並進ネットワークの間のインターフェイスをモデル化するために Translational Mechanical Converter (G) ブロックから作成されたマスク サブシステムです。

この例では、Simscape™ 言語を使用して空気圧式ベーン モーターをモデル化する方法を説明します。Pneumatic Motor コンポーネントは、Simscape Foundation の気体ドメインを使用して作成されます。このコンポーネントは、風上法に基づくエネルギー流量と端子における気体特性を実装する共通の方程式を含む foundation.gas.two_port_steady 基底クラスを継承しています。Pneumatic Motor サブクラスは、モーター トルクと流量の特性、質量とエネルギーのバランスなど、コンポーネント固有の挙動を記述する方程式を実装します。Pneumatic Motor ブロックは Simscape Component ブロックを使用してモデルに挿入され、別のライブラリを生成する必要はありません。

この例では、Local Restriction (G) ブロックによってモデル化された気体オリフィスのチョークの挙動を説明します。Controlled Reservoir (G) ブロックを使用して Reservoir Inputs サブシステムから制御された圧力と温度の境界条件を設定し、気体オリフィスをテストします。

この例では、ブレイトン サイクルに基づくガス タービンの補助動力装置 (APU) をモデル化します。Compressor ブロックと Turbine ブロックは、Simscape™ Foundation Gas ライブラリに基づいたカスタム コンポーネントです。システムへの動力入力は燃焼器への熱注入によって表され、実際の燃焼化学はモデル化されません。タービンからの動力がコンプレッサーを駆動するように、単一のシャフトでコンプレッサーとタービンが連結されています。APU は、排気流をさらに膨張させて出力動力を生成するフリー タービンです。

この例では、建物の換気回路をモデル化します。建物内の空気量は 4 つのゾーンに分割されています。換気装置は、Zone 1 に冷気を送風し、Zone 3 から空気を抜き出します。抜き出された空気は必要に応じて Zone 1 に再循環させることができます。Zone 4 のドアは、大気中に排気するために開くことができます。

この例では、気体、熱、機械の Simscape™ コンポーネントおよびドメインを使用してガンマ スターリング エンジンをモデル化する方法を説明します。

The Fanno flow model is an analytical solution of an adiabatic (perfectly insulated) compressible perfect gas flow through a constant area pipe with friction. This example shows a comparison and validation of the Simscape™ Pipe (G) block against the Fanno flow model. While you typically need empirical data to validate a block over a range of scenarios, it may still be useful to perform limited validation against analytical models for specific scenarios. This is because the theory and derivation behind the analytical model may provide more insight into where the block works well and how to address limitations. The comparison shows that, for short to moderate pipe lengths, the Simscape pipe model agrees well with the Fanno flow model. For long pipe lengths, a segmented pipe model agrees well with the Fanno flow model.

Gas flow through a compressor which is modeled using a simple controlled mass flow rate source. The compressor map that governs this mass flow rate is modeled using the PS Scattered Lookup (2D) block whose data coordinates are the pressure ratio (Pa/Pa) and the engine RPM, and the output is the mass flow rate (kg/s). The scattered lookup block performs delaunay triangulation on the input data (which is shown in plots below), and uses this to interpolate and calculate the mass flow rate based on the input. Scattered lookup allows modeling of the compressor even if the data provided is in an unstructured format.