Этот пример показывает, как смоделировать управляемый насосом тепловой жидкий конвейер. Трубопроводная система включает насос, канал и два тепловых жидких водохранилища. Насос обеспечивает производство электроэнергии и транспорт жидкостей канала между водохранилищами. Водохранилища обеспечивают граничные условия давления и температуры для трубопроводной системы.
Тепловой жидкий схематичный конвейер
Условия водохранилища фиксируются при комнатной температуре и атмосферном давлении. Внешняя температура поверхности канала фиксируется при температуре 275 K. Объем жидкости канала первоначально при комнатной температуре, но, через совместное воздействие вязкого нагревания и проводящего охлаждения, постепенно сдвиги к новому установившемуся значению, определенному системной динамикой.
Тепловое сопротивление канала является результатом конвективных и проводящих отдельных сопротивлений. Блок Pipe (TL) моделирует конвективное тепловое сопротивление во внутренней поверхности канала и вязком нагревании в тепловой жидкости. Блок Conductive Heat Transfer моделирует проводящее тепловое сопротивление между внутренними и внешними поверхностями канала.
Передайте тепловые сопротивления по каналу
В командной строке MATLAB® введите ssc_new. MATLAB открывает шаблон модели Simscape™. Этот шаблон обеспечивает отправную точку для вашей модели Simscape Fluids™. Сохраняйте модель часто, когда вы добавляете новые блоки.
От библиотеки Simscape Foundation> Thermal Liquid> Utilities перетащите блок Thermal Liquid Settings (TL) к образцовому холсту. Этот блок задает физические свойства тепловой жидкости, включая ее вязкость, теплопроводность и объемный модуль.
Соедините Настройку Решателя и Тепловые Жидкие Настройки (TL) блоки как показано в фигуре. Блок Configuration Решателя обеспечивает настройки решателя Simscape для вашей модели. Каждая топологически отличная физическая сеть требует одного такого блока.
От библиотеки Simscape Foundation> Thermal Liquid> Elements перетащите два Водохранилища (TL) блоки. Блоки водохранилища устанавливают граничные условия давления и температуры для конвейерной модели.
От Simscape Fluids> Thermal Liquid библиотека перетаскивают эти блоки.
| Блок | Библиотека |
|---|---|
| Передайте (TL) по каналу | Pipes & Fittings |
| Насос фиксированного смещения (TL) | Pumps & Motors |
Блок канала обеспечивает кабелепровод для теплового жидкого транспорта между водохранилищами. Блок насоса обеспечивает источник питания, чтобы сгенерировать положительную массовую скорость потока жидкости через канал.
Соедините блоки как показано в фигуре. Левое водохранилище служит тепловым жидким источником. Правильное водохранилище служит тепловым жидким приемником.
Составные цвета указывают на физические области, которые они представляют — желтый для Тепловой Жидкости, апельсиновой для Теплового, и зеленой для Вращательного Механического устройства. Насос и блоки канала являются многодоменными блоками, которые можно использовать, чтобы соединить интерфейсом с различными физическими доменами.
В блоке Pipe (TL), установленном параметр Pipe length на 1000 m. Эта длина делает более очевидным тепловое жидкое нагревание из-за вязких потерь трения.
От библиотеки Simscape Foundation перетащите эти блоки.
| Блок | Библиотека |
|---|---|
| Проводящая теплопередача | Thermal> Thermal Elements |
| Тепловая ссылка | Thermal> Thermal Elements |
| Управляемый температурный источник | Thermal> Thermal Sources |
Блок теплопередачи моделирует проводящие потери тепла через стену канала к окружающей среде. Идеальный температурный источник устанавливает температуру среды через вход физического сигнала. Тепловой ссылочный блок обеспечивает ссылку, против которой можно задать температурный вход физического сигнала.
От библиотеки Simscape> Foundation перетащите блок PS Constant. Этот блок позволяет вам задать численное значение температуры среды.
Соедините блоки как показано в фигуре. Новые блоки, представляющие проводящие потери тепла, принадлежат Simscape тепловая область и соединяются только с тепловыми портами сохранения.
В диалоговом окне блока PS Constant, установленном параметр Constant на 275. Это значение является температурой среды в температурных модулях по умолчанию Келвина.
В блоке Conductive Heat Transfer, установленном параметр Area на pi*0.1128*1000. Это выражение дает площадь поверхности канала с точки зрения канала гидравлический диаметр (0.1128 m) и длина (1000 m). Значение Thermal conductivity по умолчанию является значением меди, очень проводящего металла.
От библиотеки Simscape Foundation перетащите эти блоки.
| Блок | Библиотека |
|---|---|
| Идеальный источник крутящего момента | Mechanical> Rotational Sources |
| Механическая вращательная ссылка | Mechanical> Rotational Elements |
Идеальный исходный блок крутящего момента устанавливает крутящий момент управления насоса через вход физического сигнала. Механический Вращательный ссылочный блок обеспечивает ссылку, против которой можно задать вход физического сигнала крутящего момента.
От библиотеки Simscape> Utilities перетащите блок PS Constant. Этот блок задает численное значение крутящего момента насоса.
Соедините блоки как показано в фигуре. Новые блоки, представляющие источник питания насоса, принадлежат Механической Вращательной области и соединяются только с Механическими Вращательными портами сохранения.
Порт R блока насоса представляет вращающийся вал и подключения к идеальному исходному блоку крутящего момента. Порт C представляет преобразование регистра насоса и подключения к механической вращательной ссылке.
В диалоговом окне блока PS Constant, установленном параметр Constant на 50. Это значение задает крутящий момент насоса в модулях крутящего момента по умолчанию N*m.
Перетащите эти блоки к модели.
| Блок | Библиотека |
|---|---|
| Масса & энергетический датчик скорости потока жидкости (TL) | Simscape Foundation> Thermal Liquid> Sensors |
| Конвертер Simulink PS | Simscape> Utilities |
| Осциллограф | Simulink> Sinks |
Блок датчика измеряет переменные Through Тепловой Жидкой области и выводит их как физические сигналы. Блок конвертера преобразовывает физический сигнал в сигнал Simulink® для графического вывода в блоке Scope.
Соедините блоки как показано в фигуре. Расположите блок датчика так, чтобы оба из его портов сохранения соединились с Тепловым Жидким зондируемым ответвлением. Датчик вывод является измеренной скоростью потока жидкости в направлении порта к порту B.
Перетащите эти блоки к модели.
| Блок | Библиотека |
|---|---|
| Pressure & Temperature Sensor (TL) | Simscape Foundation> Thermal Liquid> Sensors |
| Абсолютная ссылка (TL) | Simscape Foundation> Thermal Liquid> Elements |
| Конвертер Simulink PS | Simscape> Utilities |
| Осциллограф | Simulink> Sinks |
Блок датчика измеряет переменные Across Тепловой Жидкой области и выводит их как физические сигналы. Блок конвертера преобразовывает физический сигнал в Сигнал Simulink для графического вывода в блоке Scope.
Соедините блоки как показано в фигуре. Расположите блок датчика так, чтобы один порт сохранения соединился с Тепловым Жидким зондируемым ответвлением и другой к известной ссылке давления и температуры, такой как обеспеченный блоком Absolute Reference (TL). Датчик вывод является различием между измеренными и ссылочными количествами, взятыми из порта к порту B.
Шаблон модели Simscape задает подходящие настройки решателя для этой модели. Запустите симуляцию, например, путем нажатия
кнопки в панели инструментов Simulink. Откройте массовый блок Scope скорости потока жидкости. График показывает постепенное изменение в скорости потока жидкости как тепловые жидкие переходы от состояния отдыха к новой установившейся скорости.
Масштаб времени для изменений температуры существенно больше, чем 10-секундное время симуляции. Чтобы видеть новую установившуюся температуру, измените время остановки симуляции на 200 s. Затем моделируйте модель и откройте температурный блок Scope. График показывает постепенное охлаждение при выходе канала как тепловые жидкие переходы к новой установившейся температуре.
Экспериментируйте с настройками блока и входными сигналами. Попытайтесь установить блок Pipe (TL) параметр Fluid inertia на On. Данные показывают совместное воздействие жидкой динамической сжимаемости и жидкой инерции на массовом графике скорости потока жидкости. Время остановки симуляции является секундами 10 для этого графика.
