Компрессор

Компрессор для форсированных двигателей

Библиотека:
Блок силового агрегата/Двигатель/Компоненты двигателя внутреннего сгорания/Наддув

Описание

Блок компрессора моделирует форсаж двигателя, используя энергию приводного вала для увеличения давления во впускном коллекторе. Блок является компонентом моделей нагнетателя и турбокомпрессора. Блок использует двухходовые порты для соединения с входным и выходным контрольными объемами и приводным валом. Контрольные объемы обеспечивают давление, температуру и специфическую энтальпию компрессора для расчета массового расхода и расхода энергии. Для расчета крутящего момента и расхода приводной вал обеспечивает скорость компрессора. Как правило, производители компрессоров предоставляют таблицы массового расхода и эффективности в зависимости от скорректированной скорости и соотношения давлений. Можно указать таблицы поиска для расчета массового расхода и эффективности. Блок не поддерживает обратный массовый расход.

При наличии Toolbox™ калибровки на основе модели щелкните Калибровка карт рабочих характеристик (Calibrate Performance Maps), чтобы виртуально откалибровать таблицы массового расхода и производительности турбины с использованием измеренных данных.

Масса течет от входного контрольного объема к выходному контрольному объему.

Виртуальная калибровка

При наличии панели инструментов калибровки на основе модели щелкните Калибровка карт производительности (Calibrate Performance Maps), чтобы виртуально откалибровать таблицы массового расхода и производительности турбины с использованием измеренных данных. В диалоговом окне выполняются эти задачи.

Задача

Описание

Импорт данных компрессора

Импортируйте эти данные сжатия из файла. Дополнительные сведения см. в разделе Использование данных (панель инструментов калибровки на основе модели).

Скорость, Spd, в рад/с
Массовый расход, массовый расход, кг/с
Коэффициент давления, PrsRatio, безразмерный
Эффективность, Eff, безразмерность

Скорость, массовый расход, отношение давлений и эффективность указаны в 2-5-м столбцах файла данных соответственно. Первая и вторая строки файла данных содержат имена переменных и единицы измерения. Например, используйте этот формат.

Имя:	Spd	MassFlwRate	PrsRatio	Эффективность
Единица измерения:	рад/с	кг/с
Данные:	`8373.3`	`0.02`	`1.21`	`0.44`
	...	...	...	...

Панель инструментов калибровки на основе модели ограничивает значения контрольной точки скорости и отношения давлений максимальными значениями в файле.

Для фильтрации или редактирования данных выберите «Изменить в приложении». Откроется редактор данных панели инструментов калибровки на основе модели.

Создание моделей ответа

Панель инструментов калибровки на основе модели подгоняет импортированные данные к моделям отклика.

Данные	Модель ответа
Массовый расход	Расширенная эллипсовидная модель отклика, описанная в разделе Моделирование и управление двигателями и Drivelines2
Эффективность	Полиномиал

Чтобы оценить или скорректировать соответствие модели ответа, выберите Править в приложении. Откроется обозреватель модели Панель инструментов калибровки на основе модели (Model-Based Calibration Toolbox Model Browser). Дополнительные сведения см. в разделе Оценка модели (панель инструментов калибровки на основе модели).

Генерировать калибровку

Панель инструментов калибровки на основе модели откалибрует модель отклика и генерирует откалиброванные таблицы.

Чтобы оценить или скорректировать калибровку, выберите Изменить в приложении. Откроется обозреватель CAGE панели инструментов калибровки на основе модели. Дополнительные сведения см. в разделе Таблицы поиска калибровки (панель инструментов калибровки на основе модели).

Обновление параметров блока

Обновите эти параметры массового расхода и эффективности с помощью калибровки.

Скорректированная таблица массового расхода, mdot_corr_tbl
Таблица эффективности, eta_comp_tbl
Скорректированные точки останова скорости, w_corr_bpts1
Точки останова коэффициента давления, Pr_bpts2

Термодинамика

Блок использует эти уравнения для моделирования термодинамики.

Вычисление	Уравнения
Массовый расход вперёд	${\overset{}{}}_{} m˙comp>0$ $_{p01} =_{}$ pinlet $_{p02} =_{}$ poutlet $_{T01} =_{}$ Tinlet $_{h01} =_{}$ hinlet
Первый закон термодинамики	${\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{}_{W˙comp=m˙compcp} (_{} T01_{−}$ T02)
Изентропная эффективность	$_{startcomp} \frac{=_{} {h02s}_{−}}{_{}_{h01h02}} \frac{-_{} h01_{=}}{_{} T02s_{−}}$ T01T02 − T01
Изентропная температура на выходе, при условии идеального газа и постоянных удельных тепловыделений	$_{T02s} =_{} {\frac{{T01}_{(}}{_{}}}^{\frac{p02p01)}{}}$ γ − 1γ
Удельное тепловое отношение	$γ \frac{=_{}}{_{} cpcp}$ − R
Температура на выходе	$_{T02} =_{} \frac{{T01}_{+}}{_{}} {\frac{_{T01ηcomb}}{{_{(}}}^{\frac{}{p02p01}}) γ$ − 1γ − 1}
Тепловые потоки	$_{} {\overset{}{}}_{}_{qinlet=m˙comph01}$ $_{} {\overset{}{}}_{}_{} {\overset{}{}}_{}_{}_{qoutlet=m˙comph02=m˙compcpT02}$
Скорректированный массовый расход	${\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{} \frac{\sqrt{_{}_{}}}{_{}_{m˙corr=m˙compT01/Trefp01/pref}}$
Скорректированная скорость	$_{startcorr} \frac{=}{\sqrt{_{}_{}}}$ startT01/Tref
Отношение давления	$_{pr} \frac{=_{}}{_{}}$ p01p02

Блок использует внутренний сигнал FlwDir для отслеживания направления потока.

Уравнения используют эти переменные.

$_{pinlet}$ , $_{p01}$	Общее давление входного контрольного объема
$_{Тинлет}$ , $_{T01}$	Общая температура входного контрольного объема
$_{хинлет}$ , $_{h01}$	Общий объем регулирования на входе, удельная энтальпия
$_{poutlet}$ , $_{p02}$	Общий объем регулирования на выходе
$_{Toutlet}$	Общая температура контрольного объема на выходе
$_{houtlet}$	Общий объем регулирования на выходе, удельная энтальпия
${\overset{}{}}_{W˙comp}$	Мощность приводного вала
$_{T02}$	Общая температура на выходе
$_{h02}$	Общая удельная энтальпия на выходе
${\overset{}{}}_{m˙comp}$	Массовый расход через компрессор
$_{qinlet}$	Расход тепла на входе
$_{qoutlet}$	Расход тепла на выходе
$_{ηcomp}$	Изентропный КПД компрессора
$_{T02s}$	Изентропная общая температура на выходе
$_{h02s}$	Общая удельная энтальпия изэнтропного выхода
$R$	Идеальная газовая постоянная
$_{CP}$	Удельное тепло при постоянном давлении
$γ$	Удельное тепловое отношение
${\overset{}{}}_{m˙corr}$	Скорректированный массовый расход
$ω$	Частота вращения ведущего вала
$_{ωcorr}$	Скорректированная частота вращения приводного вала
$_{Tref}$	Эталонная температура таблицы подстановки
$_{Приставка}$	Ссылочное давление таблицы подстановки
$_{τcomp}$	Крутящий момент вала привода компрессора
$_{PR}$	Отношение давления
$_{λ расческа,}$ табл.	Таблица параметров 3-D КПД компрессора
${\overset{}{}}_{m˙corr,tbl}$	Скорректированный массовый расход 3-D таблице поиска
$_{startcorr,}$ bpts1	Исправленные точки останова скорости
$_{pr,}$ bpts2	Точки останова коэффициента давления

Учет мощности

Для учета мощности блок реализует эти уравнения.

Сигнал шины			Описание	Уравнения
`PwrInfo`	`PwrTrnsfrd` - Мощность, передаваемая между блоками Положительные сигналы указывают на поток в блок Отрицательные сигналы указывают на выход потока из блока	`PwrDriveshft`	Мощность, передаваемая от вала	${\overset{}{}}_{−W˙turb}$
		`PwrHeatFlwIn`	Расход тепла в порту A	$_{qoutlet}$
		`PwrHeatFlwOut`	Расход тепла в порту B	$_{qoutlet}$
	`PwrNotTrnsfrd` - Мощность, пересекающая границу блока, но не передаваемая Положительные сигналы указывают на вход Отрицательные сигналы указывают на потерю	`PwrLoss`	Потеря питания	$_{}_{} {\overset{}{}}_{−qinlet−qoutlet+W˙turb}$
	`PwrStored` - Скорость изменения накопленной энергии Положительные сигналы указывают на увеличение Отрицательные сигналы указывают на снижение	Не используется

Уравнения используют эти переменные.

${\overset{}{}}_{W˙turb}$	Мощность приводного вала
$_{qoutlet}$	Общий расход тепла на выходе
$_{qinlet}$	Общий расход тепла на входе

Порты

Вход

развернуть все

`Ds` - Частота вращения приводного вала
двухсторонний порт разъема

ShftSpd - Сигнал, содержащий угловую скорость приводного вала в рад/с.

`A` - Давление на входе, температура, энтальпия, массовые доли
двухсторонний порт разъема

Шина, содержащая входной регулирующий объем:

InPrs - Давление, $_{пинлет}$ , в Па
InTemp - Температура, $_{Tinlet}$ , в K
InEnth - удельная энтальпия, $_{хинлет}$ , в Дж/кг

`B` - Давление на выходе, температура, энтальпия, массовые доли
двухсторонний порт разъема

Шина, содержащая управляющий объем розетки:

OutPrs - Давление, $_{выходное отверстие}$ , в Па
OutTemp - Температура, $_{Tutlet}$ , в K
OutEnth - удельная энтальпия, $_{хаутлет}$ , в Дж/кг

Продукция

развернуть все

`Info` - Сигнал шины
автобус

Сигнал шины, содержащий эти блочные вычисления.

Сигнал			Описание	Единицы
`CmprsOutletTemp`			Температура выхода из компрессора	K
`DriveshftPwr`			Мощность приводного вала	W
`DriveshftTrq`			Крутящий момент приводного вала	Н· м
`CmprsMassFlw`			Массовый расход через компрессор	кг/с
`PrsRatio`			Отношение давления	Н/Д
`DriveshftCorrSpd`			Скорректированная частота вращения приводного вала	рад/с
`CmprsEff`			Изентропный КПД компрессора	Н/Д
`CorrMassFlw`			Скорректированный массовый расход	кг/с
`PwrInfo`	`PwrTrnsfrd`	`PwrDriveshft`	Мощность, передаваемая от вала	W
		`PwrHeatFlwIn`	Расход тепла в порту A	W
		`PwrHeatFlwOut`	Расход тепла в порту B	W
	`PwrNotTrnsfrd`	`PwrLoss`	Потеря питания	W
	`PwrStored`		Не используется	W

`Ds` - Крутящий момент приводного вала
двухсторонний порт разъема

Trq - Сигнал, содержащий крутящий момент приводного вала в $_{}$ Н· м.

`A` - Массовый расход на входе, расход тепла, температура, массовые доли
двухсторонний порт разъема

Шина, содержащая:

MassFlwRate - Массовый расход через ${\overset{}{}}_{inlet,m˙comp}$ , в кг/с
HeatFlwRate - Расход тепла на входе, $_{qвх}$ , в Дж/с
Temp - Температура на входе, в К
MassFrac - Массовые доли на входе, безразмерные.
В частности, автобус с такими массовыми долями:
- O2MassFrac - Кислород
- N2MassFrac - Азот
- UnbrndFuelMassFrac - Несгоревшее топливо
- CO2MassFrac - Углекислый газ
- H2OMassFrac - Вода
- COMassFrac - Монооксид углерода
- NOMassFrac - Оксид азота
- NO2MassFrac - Диоксид азота
- NOxMassFrac - Оксид азота и диоксид азота
- PmMassFrac - Твердые частицы
- AirMassFrac - Воздух
- BrndGasMassFrac - Сгоревший газ

`B` - Массовый расход на выходе, расход тепла, температура, массовые доли
двухсторонний порт разъема

Шина, содержащая:

MassFlwRate - Массовый расход на выходе, ${\overset{}{}}_{m˙comp}$ , в кг/с
HeatFlwRate - Расход тепла на выходе, $_{qoutlet}$ , в Дж/с
Temp - Температура на выходе, в К
MassFrac - Выходная массовая доля, безразмерная.
В частности, автобус с такими массовыми долями:
- O2MassFrac - Кислород
- N2MassFrac - Азот
- UnbrndFuelMassFrac - Несгоревшее топливо
- CO2MassFrac - Углекислый газ
- H2OMassFrac - Вода
- COMassFrac - Монооксид углерода
- NOMassFrac - Оксид азота
- NO2MassFrac - Диоксид азота
- NOxMassFrac - Оксид азота и диоксид азота
- PmMassFrac - Твердые частицы
- AirMassFrac - Воздух
- BrndGasMassFrac - Сгоревший газ

Параметры

развернуть все

Таблицы производительности

`Calibrate Performance Maps` - Калибровка таблиц с измеренными данными
`selection`

Задача

Описание

Импорт данных компрессора

Скорость, Spd, в рад/с
Массовый расход, массовый расход, кг/с
Коэффициент давления, PrsRatio, безразмерный
Эффективность, Eff, безразмерность

Имя:	Spd	MassFlwRate	PrsRatio	Эффективность
Единица измерения:	рад/с	кг/с
Данные:	`8373.3`	`0.02`	`1.21`	`0.44`
	...	...	...	...

Создание моделей ответа

Панель инструментов калибровки на основе модели подгоняет импортированные данные к моделям отклика.

Данные	Модель ответа
Массовый расход	Расширенная эллипсовидная модель отклика, описанная в разделе Моделирование и управление двигателями и Drivelines2
Эффективность	Полиномиал

Генерировать калибровку

Обновление параметров блока

Обновите эти параметры массового расхода и эффективности с помощью калибровки.

Скорректированная таблица массового расхода, mdot_corr_tbl
Таблица эффективности, eta_comp_tbl
Скорректированные точки останова скорости, w_corr_bpts1
Точки останова коэффициента давления, Pr_bpts2

`Corrected mass flow rate table, mdot_corr_tbl` - Таблица подстановки
`array`

Откорректированная таблица определения массового расхода, ${\overset{}{}}_{m˙corr,tbl}$ , как функция откорректированной частоты вращения карданного вала, _startcorr и отношения давлений, _pr, в кг/с.

`Efficiency table, eta_comp_tbl` - Таблица подстановки
`array`

Таблица поиска эффективности, $_{λ гребенка,}$ tbl, как функция от скорректированной скорости карданного вала, _startcorr и отношения давлений, _pr, безразмерность.

`Corrected speed breakpoints, w_corr_bpts1` - Точки останова
`vector`

Откорректированные точки останова вращения приводного вала, $_{startcorr,}$ bpts1, в рад/с.

`Pressure ratio breakpoints, Pr_bpts2` - Точки останова
`vector`

Точки останова коэффициента давления, $_{pr,}$ bpt2.

`Reference temperature, T_ref` - Ссылка
`293.15` (по умолчанию) | `scalar`

Эталонная температура таблицы поиска, $_{Tref}$ , в К.

`Reference pressure, P_ref` - Ссылка
`101325` (по умолчанию) | `scalar`

Эталонное давление таблицы поиска, $_{Pref}$ , в Па.

Свойства газа

`Ideal gas constant, R` - Константа
`287` (по умолчанию) | `scalar`

Идеальная газовая постоянная, $R$ , в Дж/( кг * К).

`Specific heat at constant pressure, cp` - Удельное тепло
`1005` (по умолчанию) | `scalar`

Удельная теплота при постоянном давлении, $_{cp}$ , в Дж/( кг * К).

Примеры модели

Conventional Vehicle Reference Application

Обычное справочное приложение для транспортного средства

Имитация полной модели транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания, трансмиссией и соответствующими алгоритмами управления силовым агрегатом. Используется для анализа соответствия силового агрегата и выбора компонентов, проектирования алгоритмов управления и диагностики, а также тестирования аппаратного обеспечения в контуре (HIL).

Ссылки

[1] Хейвуд, Джон Б. Основы двигателя внутреннего сгорания. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл, 1988.

[2] Эрикссон, Ларс и Ларс Нильсен. Моделирование и управление двигателями и приводами. Чичестер, Западный Суссекс, Великобритания: John Wiley & Sons Ltd, 2014.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

См. также

Вал привода наддува | Турбина

Темы

Панель инструментов калибровки на основе модели

Представлен в R2017a

Документация

Компрессор