Моделирование систем транспортировки жидкости Низкого Давления

Как жидкие системы транспортировки отличаются от степени и систем управления

В гидравлике устойчивый универсальный поток в компоненте с одним входом и одним выходом характеризуется следующим энергетическим уравнением

- \frac{{\dot{W}}_{s}}{\dot{m} g} = \frac{V_{2}^{2} - V_{1}^{2}}{2 g} + \frac{p_{2} - p_{1}}{ρ g} + z_{2} - z_{1} + h_{L}

(1)

где

${\dot{W}}_{s}$	Производительность выполняется жидкостью
$\dot{m}$	Массовый расход жидкости
_V2	Скорость жидкости в выходе
_V1	Скорость жидкости во входе
_p1, _p2	Статическое давление во входе и выходе, соответственно
g	Ускорение силы тяжести
ρ	Плотность жидкости
_z1, _z2	Вертикальное изменение выше базовой плоскости (данная величина) во входе и выходе, соответственно
_hL	Гидравлическая потеря

Индексы 1 и 2 относятся к входу и выходу, соответственно. Все условия в уравнении 1 имеют размерности высоты и названы кинематической головой, пьезометрической головой, геометрической головой и головой потерь, соответственно. По ряду причин анализ гидравлической мощности и систем управления выполняется относительно давлений, а не головам, и уравнение 1 для типичного пассивного компонента представлено в форме

\frac{ρ}{2} V_{1}^{2} + p_{1} + ρ g z_{1} = \frac{ρ}{2} V_{2}^{2} + p_{2} + ρ g z_{2} + p_{L}

(2)

где

_V1, _p1, _z1	Скорость, статическое давление и вертикальное изменение во входе, соответственно
_V2, _p2, _z2	Скорость, статическое давление и вертикальное изменение в выходе, соответственно
_pL	Падение давления

Термин $\frac{ρ}{2} V^{2}$ часто упоминается как кинематическое, или динамическое, давление, и $ρ g z$ как пьезометрическое давление. Динамическими условиями давления обычно пропускают, потому что они очень малы, и уравнение 2 принимает форму

p_{1} + ρ g z_{1} = p_{2} + ρ g z_{2} + p_{L}

(3)

Размер типичной степени и системы управления обычно мал и редко превышает 1.5 - 2 м. Чтобы добавить к этому, эти системы управляют при давлениях в области значений 50 – 300 барами. Поэтому $ρ g z$ условия незначительно малы по сравнению со статическими давлениями. В результате компоненты Simscape™ Fluids™ (за исключением тех специально разработанных для симуляции низкого давления, описанной в Доступных Блоках и Как Использовать Их), были разработаны относительно статических давлений следующими уравнениями

\begin{array}{l} p = p_{L} = f (q) \\ q = f (p_{1}, p_{2}) \end{array}

(4)

где

p	Перепад давлений между портами компонента
q	Скорость потока жидкости через компонент

Жидкие системы транспортировки обычно действуют при низких давлениях (о панели 2-4), и различие в вертикальном изменении компонента относительно базовой плоскости может быть очень большим. Поэтому геометрическая голова становится основной частью энергетического баланса и должна составляться. Другими словами, системы транспортировки жидкости низкого давления должны быть симулированы относительно пьезометрических давлений $p_{p z} = p + ρ g z$ , вместо статических давлений. Это требование отражается в уравнениях компонента

\begin{array}{l} p = p_{L} = f (q, z_{1}, z_{2}) \\ q = f (p_{1}, p_{2}, z_{1}, z_{2}) \end{array}

(5)

Уравнения в уравнении формы 5 должны быть применены, чтобы описать гидравлический компонент со значительной разницей между вертикальными изменениями порта. В гидравлических системах существует только один тип таких компонентов: гидравлические трубопроводы. Модели трубопроводов, предназначенных, чтобы использоваться в низких системах давления, должны составлять различие в вертикальном изменении их портов. Размерности остальной части компонентов слишком малы, чтобы способствовать заметно энергетическому балансу, и их модели могут быть созданы с постоянным предположением вертикального изменения, как все другие блоки Simscape Fluids. Подвести итог его:

Можно создать модели систем низкого давления с различием в вертикальных изменениях их компонентов с помощью регулярных блоков Simscape Fluids, за исключением трубопроводов. Используйте трубопроводы низкого давления, описанные в Доступных Блоках и Как Использовать Их.
При моделировании систем низкого давления необходимо использовать блоки трубопровода низкого давления, чтобы соединить все узлы с различием в вертикальном изменении, потому что это единственные блоки, которые предоставляют информацию о вертикальных местоположениях системных частей. Узлы, соединенные с любыми другими блоками, такими как клапаны, отверстия, приводы, и так далее, будут обработаны, как будто у них есть то же вертикальное изменение.

Доступные блоки и как использовать их

При моделировании гидравлических систем низкого давления используйте блоки трубопровода из библиотеки Low-Pressure Blocks вместо регулярных блоков трубопровода. Эти блоки составляют вертикальное изменение порта выше базовой плоскости и отличаются по степени идеализации, точно так же, как их дубликаты с высоким давлением:

Резистивный LP Трубопровода — Моделирует гидравлические трубопроводы, с круглым и некруглым сечениями, и вычисляет потерю на трение только, похожий на блок Resistive Tube, доступный в библиотеке Simscape Foundation.
Гидравлический Трубопровод НД с Вертикальной Переменной — Моделирует гидравлические трубопроводы, с круглым и некруглым сечениями, и вычисляет потери на трение и переменные вертикальные изменения порта. Используйте этот блок в моделировании систем низкого давления, в котором концы трубопровода меняют свои положения относительно базовой плоскости.
Гидравлический LP Трубопровода — Моделирует гидравлические трубопроводы, с круглым и некруглым сечениями, и вычисляет потерю на трение вдоль длины трубопровода и с учетом сжимаемости жидкости, похожий на Блок Гидравлический трубопровод в библиотеке Pipelines.
Гидравлический LP Трубопровода с Переменным Вертикальным изменением — Моделирует гидравлические трубопроводы, с круглым и некруглым сечениями, и вычисляет потерю на трение вдоль длины трубопровода и с учетом сжимаемости жидкости, а также переменные вертикальные изменения порта. Используйте этот блок в моделировании систем низкого давления, в котором концы трубопровода меняют свои положения относительно базовой плоскости.
Сегментированный LP Трубопровода — Моделирует круговые гидравлические трубопроводы и вычисляет потерю на трение, сжимаемость жидкости и инерцию жидкости, похожую на блок Segmented Pipe в библиотеке Pipelines.

Используйте эти блоки трубопровода низкого давления, чтобы соединить все Гидравлические узлы в вашей модели с различием в вертикальном изменении, потому что это единственные блоки, которые предоставляют информацию о вертикальном местоположении портов. Узлы, соединенные с любыми другими блоками, такими как клапаны, отверстия, приводы, и так далее, будут обработаны, как будто у них есть то же вертикальное изменение.

Дополнительные модели герметичных баков, доступных для моделирования систем низкого давления, включают:

Постоянный Главный Бак — Представляет герметичный гидравлический резервуар, в котором жидкость хранится под заданным давлением. Размер бака принят, чтобы быть достаточно большим, чтобы пропустить герметизацию, и уровень жидкости изменяются из-за объема жидкости. Блок определяет повышение уровня жидкости относительно дна резервуара, а также для падения давления в соединяющемся трубопроводе, который может быть вызван фильтром, подборами кривой или некоторым другим локальным сопротивлением. Потеря задана с коэффициентом падения давления. Блок вычисляет объем жидкости в баке и экспортирует его снаружи через порт физического сигнала V.
Переменный Главный Бак — Представляет герметичный гидравлический резервуар, в котором жидкость хранится под заданным давлением. Герметизация остается постоянной независимо от изменения объема. Блок составляет изменение уровня жидкости, вызванное изменением объема, а также для падения давления в соединяющемся трубопроводе, который может быть вызван фильтром, подборами кривой или некоторым другим локальным сопротивлением. Потеря задана с коэффициентом падения давления. Блок вычисляет объем жидкости в баке и экспортирует его снаружи через порт физического сигнала V.
Переменный Главный Бак 2D Руки — Представляет герметизированный бак 2D руки, в котором жидкость хранится под заданным давлением. Герметизация остается постоянной независимо от изменения объема. Блок составляет изменение уровня жидкости, вызванное изменением объема, а также для падения давления в соединяющихся трубопроводах, которые могут быть вызваны фильтром, подборами кривой или некоторым другим локальным сопротивлением. Потеря задана с коэффициентом падения давления при каждом выходе. Блок вычисляет объем жидкости в баке и экспортирует его снаружи через порт физического сигнала V.
Переменный Главный Бак С тремя руками — Представляет герметичный бак с тремя руками, в котором жидкость хранится под заданным давлением. Герметизация остается постоянной независимо от изменения объема. Блок составляет изменение уровня жидкости, вызванное изменением объема, а также для падения давления в соединяющихся трубопроводах, которые могут быть вызваны фильтром, подборами кривой или некоторым другим локальным сопротивлением. Потеря задана с коэффициентом падения давления при каждом выходе. Блок вычисляет объем жидкости в баке и экспортирует его снаружи через порт физического сигнала V.

Система транспортировки жидкости низкого давления

Следующий рисунок показывает простую систему, состоящую из трех баков, нижние поверхности которых расположены в H1 высот, H2 и H3, соответственно, от базовой плоскости. Баки соединяются трубопроводами с гидравлическим коллектором, который может содержать любые гидравлические элементы, такие как клапаны, отверстия, насосы, аккумуляторы, другие трубопроводы, и так далее, но у этих элементов есть одна общая функция – их вертикальные изменения являются всеми одинаковыми и равными H-4.

Модели баков составляют высоты уровня жидкости F1, F2 и F3, соответственно, и представляют давление в их нижних частях как

$\begin{array}{l} p_{i} = ρ g F_{i} & для i = 1, 2, 3 \end{array}$

Компоненты в коллекторе могут быть симулированы с регулярными блоками Simscape Fluids, как вы использовал бы в симуляции систем управления и гидравлической мощности. Трубопроводы должны быть симулированы с одной из моделей трубопровода низкого давления: Резистивный LP Трубопровода, Гидравлический LP Трубопровода или Сегментированный LP Трубопровода, в зависимости от необходимой степени идеализации. Используйте Постоянный Главный Бак или Переменные Главные Блоки емкости, чтобы симулировать баки. Для получения дополнительной информации реализации, смотрите Систему Водоснабжения и Три Постоянных Главных примера Баков.

Документация