Engineering
Пневмоциліндр
Рухайте каретку стисненим повітрям і дивіться, як дві камери наповнюються й спорожнюються через критичні отвори: дросель на вході лишає поршень на м'якій подушці, а дросель на вихлопі тримає його жорстко між двома високими тисками. Закрийте обидва порти — вийде газова пружина, частоту якої задає запірне повітря; порівняйте камеру, що стискається адіабатно, з камерою за температури стінки.
Що відбувається
Циліндр 40 мм зі штоком 16 мм штовхає каретку 5 кг по ходу 300 мм від живлення 6 бар. Кожна камера зберігає свою масу й температуру: повітря входить і виходить через отвори з функцією витрати Сен-Венана — Ванцеля, критичною нижче відношення тисків 0,528, а баланс енергії d(m·c_v·T) = c_p·T_in·G_in − c_p·T·G_out − p·dV + h·A·(T_w − T) робить камеру адіабатною без теплообміну й ізотермічною за великого. Дросель стоїть на вході (meter-in) або на вихлопі (meter-out); за закритих портів запірне повітря — пружина жорсткістю γ·p·A²/V. RK4 з кроком 10 мкс; взяте, випущене й вдихнуте повітря враховані так, що баланс маси сходиться.
Що спробувати
Висуньте з дроселем на вході, потім на вихлопі, й порівняйте тиски камер; закрийте обидва порти на середині ходу й дивіться, як каретка хитається на газовій пружині; обнуліть теплообмін і прочитайте нагрів від стиснення.
Модель та її обмеження
Ідеальний газ зі сталими теплоємностями, отвори зі сталим коефіцієнтом витрати, однорідна температура камери, стала температура стінки; тертя згладжене на 1 мм/с. Не інструмент добору.
Рівняння модуля
Рівняння G = C_d·A·p_u·√(γ/(R·T_u))·(2/(γ+1))^((γ+1)/(2(γ−1))), r ≤ 0.528 G = C_d·A·p_u·√(2γ/((γ−1)·R·T_u))·√(r^(2/γ) − r^((γ+1)/γ)) d(m·c_v·T)/dt = c_p·T_in·G_in − c_p·T·G_out − p·dV/dt + h·A·(T_w − T) ω² = γ·(p_A·A_p²/V_A + p_B·A_r²/V_B)/m
