Turbine (G)

Газовая турбина в термодинамическом цикле

  • Библиотека:
  • Simscape / Жидкости / Газ / Турбомашины

  • Turbine (G) block

Описание

Блок Turbine (G) моделирует турбину в газовой сети. Можно параметрировать блок как сведенную в таблицу турбинную карту, которая является или 1D функцией отношения давления или 2D функцией отношения давления и откорректированного массового расхода жидкости. Жидкость, текущая из порта A к порту B, генерирует крутящий момент. Порт R сообщает о крутящем моменте вала и скорости вращения относительно порта C, который сопоставлен с турбинным преобразованием регистра.

Порт VN сопоставлен с частью открытия лопасти. Это значение линейно масштабирует откорректированный массовый расход жидкости, но не влияет на турбинный КПД. Значение 1 соответствует данным в турбинной карте.

Турбинная карта

Турбинная карта изображает турбинную эффективность в зависимости от отношения давления, турбинное давление выхода на входное давление и откорректированный массовый расход жидкости. Два графика строят изэнтропический КПД и откорректированный массовый расход жидкости. В 2D параметризации графики также зависят от откорректированной скорости ротора, N. Переменная индексации β не должна быть тем же самым между таблицами КПД и массовым расходом жидкости.

Откорректированный массовый расход жидкости

Из-за больших изменений в давлении и температуре в турбине, турбинная карта строит эффективность в терминах откорректированного массового расхода жидкости. Откорректированный массовый расход жидкости настроен от входного массового расхода жидкости с откорректированным давлением и откорректировал температуру:

m˙ATATcorr=m˙corrpApcorr,

где:

  • m˙A является массовым расходом жидкости в порте A.

  • TA является температурой в порте A.

  • Tcorr является Reference temperature for corrected flow. Поставщик данных задает это значение.

  • m˙corr является откорректированным массовым расходом жидкости.

    Когда Turbine map parameterization установлен в Tabulated data - Flow rate and efficiency vs. pressure ratio, это - Corrected mass flow rate vector, mdot(pr).

    Когда Turbine map parameterization установлен в Tabulated data - Flow rate and efficiency vs. corrected speed and pressure ratio, это - Corrected mass flow rate table, mdot(N,beta).

  • pA является давлением в порте A.

  • pcorr является Reference pressure for corrected flow. Поставщик данных задает это значение.

Крутящий момент вала

Крутящий момент вала, τ, вычисляется как:

τ=m˙AΔhtotalηmω,

где:

  • Δhtotal является общим изменением в жидкой определенной энтальпии.

  • ηm является турбиной Mechanical efficiency.

  • ω является относительной угловой скоростью вала, ωR - ωC.

Обратный поток, от порта B до порта A, находится вне типичного турбинного режима работы и не может возвратить точные результаты. Пороговая область, когда нуль подходов потока гарантирует, что никакой крутящий момент не сгенерирован, когда скорость потока жидкости является близким нулем или инвертированный.

Параметризация отношением давления

Когда Turbine map parameterization установлен в Tabulated data - Flow rate and efficiency vs. pressure ratio, турбина изэнтропический КПД и массовый расход жидкости являются функцией отношения давления и не составляют изменений в турбинной скорости вращения.

Последний элемент Corrected mass flow rate vector, mdot(pr) и Pressure ratio vector, pr представляет откорректированный массовый расход жидкости и отношение давления при дросселируемых условиях потока.

Турбинная карта по умолчанию в 1D параметризации

1D Turbine map

Параметризация отношением давления и откорректированным массовым расходом жидкости

Когда Turbine map parameterization установлен в Tabulated data - Flow rate and efficiency vs. corrected speed and pressure ratio, турбина изэнтропический КПД, отношение давления и откорректированный массовый расход жидкости является функцией откорректированной скорости, N, и индекса карты, β. Блок использует линейную интерполяцию между точками данных для КПД, отношения давления и откорректированных параметров массового расхода жидкости.

Последний столбец Corrected mass flow rate table, mdot(N,beta) и Pressure ratio table, pr(N,beta) представляет откорректированный массовый расход жидкости и отношение давления при дросселируемых условиях потока.

Визуализация турбинной карты блока

Чтобы визуализировать блок-диаграмму, щелкните правой кнопкой по блоку и выберите Fluids> Plot Turbine Map.

Каждый раз, когда вы изменяете настройки блока, нажимаете, Apply нажимают Reload Data на окне рисунка.

Турбинная карта по умолчанию в 2D параметризации

2D Turbine map

Уравнения неразрывности

Масса сохраняется по блоку:

m˙A+m˙B=0,

где m˙B является массовым расходом жидкости в порте B.

Энергетический баланс в блоке вычисляется как:

ΦA+ΦBPfluid=0,

где:

  • ΦA является энергетической скоростью потока жидкости в порте A.

  • ΦB является энергетической скоростью потока жидкости в порте B.

  • Pfluid является работой, сделанной жидкостью, которая определяется из изменения в общей жидкой определенной энтальпии: Pfluid=m˙AΔhtotal.

Допущения и ограничения

  • Вал не вращается при обратных условиях потока. Результаты во время обратных потоков не могут быть точными.

Порты

Сохранение

развернуть все

Жидкий порт записи.

Жидкий выходной порт.

Порт сопоставлен с турбинным преобразованием регистра.

Порт сопоставлен с турбинным крутящим моментом вала и скоростью вращения.

Входной параметр

развернуть все

Часть открытия лопасти. Откорректированный массовый расход жидкости масштабируется линейно со значением VN. Часть 1 соответствует табличным данным. Изэнтропический КПД не под влиянием части открытия лопасти.

Параметры

развернуть все

Параметризация

Спецификация параметризации эффективности:

  • Tabulated data - Flow rate and efficiency vs. pressure ratio: Параметрируйте турбину изэнтропический КПД и откорректированный массовый расход жидкости отношением давления.

  • Tabulated data - Flow rate and efficiency vs. corrected speed and pressure ratio: Параметрируйте турбину изэнтропический КПД и откорректированный массовый расход жидкости откорректированным отношением скорости и давления.

Минимальная часть открытия лопасти. Это значение является нижней границей к сигналу в VN. Это умножается на элементы XX или XX параметров, чтобы получить минимальный откорректированный массовый расход жидкости через турбину.

Максимальное открытие лопасти. Это значение является верхним контуром к сигналу в VN. Это умножается на элементы XX или XX параметров, чтобы получить максимальный откорректированный массовый расход жидкости через турбину.

Вектор из постоянных скоростей вала для табличной параметризации откорректированного массового расхода жидкости и изэнтропического КПД.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Turbine map parameterization на Tabulated data - Flow rate and efficiency vs. corrected speed and pressure ratio.

Данные о скорости потока жидкости

Вектор из значений отношения давления для сведенной в таблицу параметризации откорректированного массового расхода жидкости. Этот вектор должен иметь то же число элементов как параметр Corrected mass flow rate vector, mdot(pr), и все элементы должны быть больше 1. Последним элементом должно быть отношение давления при дросселируемых условиях.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Turbine map parameterization на Tabulated data - Flow rate and efficiency vs. pressure ratio.

Вектор из откорректированных значений массового расхода жидкости для сведенной в таблицу параметризации откорректированного массового расхода жидкости. Этот вектор должен иметь то же число элементов как параметр Pressure ratio vector, pr, и все элементы должны быть больше 0. Последним элементом должен быть откорректированный массовый расход жидкости при дросселируемых условиях.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Turbine map parameterization на Tabulated data - Flow rate and efficiency vs. pressure ratio.

M-by-N матрица турбинных отношений давления выхода к входу на заданной откорректированной скорости вала и β значении. Линейная интерполяция используется между табличными элементами. M и N являются размерами соответствующих векторов:

  • M является количеством векторных элементов в параметре Corrected speed index vector, N.

  • N является количеством β индексов в таблице.

Табличные значения по умолчанию:

[1.217, 1.285, 1.323, 1.363, 1.402, 1.427, 1.495, 1.545, 1.6, 1.687, 1.747, 1.8074; 1.231, 1.302, 1.356, 1.404, 1.443, 1.473, 1.525, 1.577, 1.635, 1.709, 1.782, 1.845; 1.242, 1.328, 1.388, 1.437, 1.528, 1.617, 1.704, 1.811, 1.915, 1.979, 2.053, 2.1226; 1.244, 1.339, 1.417, 1.465, 1.528, 1.584, 1.692, 1.787, 1.899, 2, 2.075, 2.1492; 1.245, 1.34, 1.425, 1.492, 1.546, 1.684, 1.748, 1.882, 1.987, 2.084, 2.167, 2.2458; 1.251, 1.345, 1.442, 1.521, 1.596, 1.692, 1.849, 1.972, 2.1, 2.173, 2.259, 2.3424; 1.248, 1.348, 1.447, 1.516, 1.581, 1.651, 1.749, 1.839, 1.93, 2.024, 2.154, 2.242]

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Turbine map parameterization на Tabulated data - Flow rate and efficiency vs. corrected speed and pressure ratio.

M-by-N матрица откорректированных массовых расходов жидкости на заданной откорректированной скорости вала и β значении. Линейная интерполяция используется между табличными элементами. M и N являются размерами соответствующих векторов:

  • M является количеством векторных элементов в параметре Constant speed index vector, N.

  • N является количеством β индексов в таблице.

Табличные значения по умолчанию:

[40.403, 44.417, 46.653, 47.966, 48.97, 49.544, 50.001, 50.081, 50.086, 50.095, 50.09, 50.0922; 40.044, 43.754, 46.125, 47.626, 48.513, 49.105, 49.481, 49.58, 49.597, 49.624, 49.638, 49.633; 39.941, 43.795, 46.017, 47.335, 48.795, 49.199, 49.279, 49.27, 49.248, 49.23, 49.255, 49.2428; 39.896, 43.512, 45.914, 47.061, 48.011, 48.558, 48.943, 49.042, 49.069, 49.01, 49.046, 49.0266; 39.524, 42.934, 45.686, 46.743, 47.715, 48.67, 48.777, 48.836, 48.876, 48.836, 48.845, 48.8184; 39.439, 43.01, 45.556, 46.801, 47.792, 48.388, 48.634, 48.67, 48.639, 48.647, 48.625, 48.5912; 39.502, 42.849, 45.336, 46.385, 47.312, 47.877, 48.222, 48.397, 48.459, 48.482, 48.455, 48.414] kg/s

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Turbine map parameterization на Tabulated data - Flow rate and efficiency vs. corrected speed and pressure ratio.

Данные о КПД

Вектор из значений отношения давления для сведенной в таблицу параметризации изэнтропического КПД. Этот вектор должен иметь то же число элементов как параметр Isentropic efficiency vector, eta(pr)), и все элементы должны быть больше 1.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Turbine map parameterization на Tabulated data - Flow rate and efficiency vs. pressure ratio.

Вектор из изэнтропических значений КПД для сведенной в таблицу параметризации изэнтропического КПД. Этот вектор должен иметь то же число элементов как параметр Pressure ratio vector, pr, и все элементы должны быть больше 0 и меньше чем или равны 1.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Turbine map parameterization на Tabulated data - Flow rate and efficiency vs. pressure ratio.

M-by-N матрица турбинных отношений давления выхода к входу на заданной откорректированной скорости вала и β значении. Линейная интерполяция используется между табличными элементами. M и N являются размерами соответствующих векторов:

  • M является количеством векторных элементов в параметре Constant speed index vector, N.

  • N является количеством β индексов в таблице.

Табличные значения по умолчанию:

[1.224, 1.246, 1.292, 1.387, 1.457, 1.534, 1.61, 1.686, 1.743, 1.79, 1.871, 1.914; 1.237, 1.25, 1.28, 1.369, 1.459, 1.553, 1.629, 1.716, 1.799, 1.846, 1.927, 1.97; 1.241, 1.255, 1.283, 1.326, 1.401, 1.509, 1.591, 1.704, 1.806, 1.913, 1.994, 2.037; 1.25, 1.265, 1.308, 1.364, 1.456, 1.532, 1.637, 1.739, 1.851, 1.934, 2.042, 2.085; 1.281, 1.314, 1.371, 1.425, 1.498, 1.574, 1.647, 1.749, 1.878, 1.979, 2.091, 2.18; 1.252, 1.328, 1.425, 1.544, 1.642, 1.757, 1.873, 2.005, 2.1, 2.204, 2.248, 2.28; 1.382, 1.43, 1.495, 1.586, 1.688, 1.791, 1.887, 1.99, 2.079, 2.158, 2.249, 2.217]

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Turbine map parameterization на Tabulated data - Flow rate and efficiency vs. corrected speed and pressure ratio.

M-by-N матрица турбины изэнтропические КПД на заданной постоянной скорости вала и β значении. Линейная интерполяция используется между табличными элементами. M и N являются размерами соответствующих векторов:

  • M является количеством векторных элементов в параметре Constant speed index vector, N.

  • N является количеством β индексов в таблице.

Табличные значения по умолчанию:

[.72, .754, .759, .739, .714, .679, .643, .603, .554, .524, .494, .48; .716, .757, .794, .819, .812, .788, .761, .728, .692, .662, .632, .618; .629, .691, .775, .831, .858, .869, .859, .842, .816, .782, .752, .738; .594, .668, .757, .804, .857, .883, .892, .893, .884, .865, .835, .821; .664, .72, .779, .823, .858, .883, .897, .905, .904, .896, .883, .868; .559, .61, .673, .741, .788, .835, .869, .895, .908, .899, .854, .751; .718, .785, .824, .855, .882, .9, .908, .906, .884, .857, .804, .701]

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Turbine map parameterization на Tabulated data - Flow rate and efficiency vs. corrected speed and pressure ratio.

Справочные данные

Давление, при котором турбинные данные консолидируют к откорректированной линии тренда.

Температура, при которой турбинные данные становятся объединенными к откорректированной линии тренда.

КПД преобразования из сокращения определенной энтальпии к крутящему моменту вала.

Турбина вставила площадь поперечного сечения.

Турбинная площадь поперечного сечения выхода.

Ссылки

[1] Kurzke, Джоаким. "Как Получить Карты Компонента для Вычислений Эффективности Газовой турбины Самолета". Объем 5: Производство Материалов и Металлургии; Керамика; Структуры и Динамика; Средства управления, Диагностика и Инструментирование; Образование; Общее, Американское общество инженеров-механиков, 1996, p. V005T16A001.

[2] Plencner, Роберт М. “Компонент построения графиков сопоставляет в Программе Engine Navy/NASA (NNEP): метод и его использование”. НАСА Технический Меморандум, 1989.

Введенный в R2021a
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте