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

W˙sm˙g=V22V122g+p2p1ρg+z2z1+hL(1)

где

W˙sПроизводительность выполняется жидкостью
m˙Массовый расход жидкости
V2Скорость жидкости в выходе
V1Скорость жидкости во входе
p1, p2Статическое давление во входе и выходе, соответственно
gУскорение силы тяжести
ρПлотность жидкости
z1, z2Вертикальное изменение выше базовой плоскости (данная величина) во входе и выходе, соответственно
hLГидравлическая 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

ρ2V12+p1+ρgz1=ρ2V22+p2+ρgz2+pL(2)

где

V1, p1, z1Скорость, статическое давление и вертикальное изменение во входе, соответственно
V2, p2, z2Скорость, статическое давление и вертикальное изменение в выходе, соответственно
pLПадение давления

Термин ρ2V2 часто упоминается как кинематическое, или динамическое, давление, и ρgz как пьезометрическое давление. Динамическими условиями давления обычно пропускают, потому что они очень малы, и  уравнение 2 принимает форму

p1+ρgz1=p2+ρgz2+pL(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 ρgz 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

p=pL=f(q)q=f(p1,p2)(4)

где

pПерепад давлений между портами компонента
qСкорость 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 ppz=p+ρgz, вместо статических давлений. Это требование отражается в уравнениях компонента

p=pL=f(q,z1,z2)q=f(p1,p2,z1,z2)(5)

Уравнения в  уравнении 5 формы 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 для моделирования 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 для моделирования 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

pi=ρgFiдля i=1,2,3

Компоненты в коллекторе могут быть симулированы с регулярными блоками Simscape Fluids, как вы использовал бы для 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.

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте