Газовая турбина в термодинамическом цикле
Simscape/Жидкости/Газ/Турбомашина
Блок турбины (G) моделирует турбину в газовой сети. Вы можете параметризовать блок как сведенную в таблицу турбинную карту, которая является или 1-D функцией отношения давления или 2-й функцией отношения давления и исправила массовую скорость потока жидкости. Текучая среда, протекающая из порта А в порт В, создает крутящий момент. Порт R сообщает крутящий момент вала и угловую скорость относительно порта C, который связан с корпусом турбины.
Порт VN связан с фракцией открытия лопаток. Это значение линейно масштабирует скорректированный массовый расход, но не влияет на эффективность турбины. Значение 1 соответствует данным на карте турбины.
Карта турбины изображает рабочие характеристики турбины как функцию отношения давления, давления на выходе турбины к давлению на входе и скорректированного массового расхода. Два графика отображают изэнтропическую эффективность и скорректированный массовый расход. При параметризации 2D графики также зависят от скорректированной частоты вращения ротора, N. Между таблицами массового расхода и КПД индексная переменная β не обязательно должна быть одинаковой.
Из-за больших изменений давления и температуры внутри турбины карта турбины строит график рабочих характеристик с учетом скорректированного массового расхода. Скорректированный массовый расход корректируется по массовому расходу на входе с помощью скорректированного давления и скорректированной температуры:
где:
m˙A - массовый расход в порту A.
TA - температура в порту A.
Tcorr - эталонная температура для скорректированного потока. Поставщик данных указывает это значение.
m˙corr - скорректированный массовый расход.
Если параметризация карты турбины установлена в Tabulated data - Flow rate and efficiency vs. pressure ratio, это вектор скорректированного массового расхода, mdot (pr ).
Если параметризация карты турбины установлена в Tabulated data - Flow rate and efficiency vs. corrected speed and pressure ratio, это таблица Скорректированный массовый расход, mdot (N, бета ).
pA - давление в порту A.
pcorr - опорное давление для скорректированного потока. Поставщик данных указывает это значение.
Крутящий момент на валу, λ, вычисляется как:
где:
Δhtotal - общее изменение специфической энтальпии жидкости.
m - механический КПД турбины.
λ - относительная угловая скорость вала, λ R - startC.
Обратный поток из порта B в порт A выходит за рамки типичного режима работы турбины и может не возвращать точных результатов. Пороговая область, когда поток приближается к нулю, гарантирует, что крутящий момент не генерируется, когда расход близок к нулю или изменяется на противоположный.
Если параметризация карты турбины установлена в Tabulated data - Flow rate and efficiency vs. pressure ratioизэнтропная эффективность турбины и массовый расход являются функцией отношения давлений и не учитывают никаких изменений скорости вращения турбины.
Последний элемент вектора скорректированного массового расхода, mdot (pr) и вектора отношения давлений, pr представляют скорректированный массовый расход и отношение давлений в условиях подавленного потока.
Схема турбины по умолчанию в параметризации 1-D
Если параметризация карты турбины установлена в Tabulated data - Flow rate and efficiency vs. corrected speed and pressure ratioизэнтропная эффективность турбины, отношение давлений и скорректированный массовый расход являются функцией скорректированной скорости N и индекса карты β. Блок использует линейную интерполяцию между точками данных для эффективности, отношения давлений и скорректированных параметров массового расхода.
Последний столбец таблицы Скорректированный массовый расход, mdot (N, бета) и Таблица отношения давлений, pr (N, бета) представляют скорректированный массовый расход и отношение давлений в условиях подавленного потока.
Чтобы визуализировать карту блока, щелкните его правой кнопкой мыши и выберите «Fluids» > «Plot Turbine Map».
При каждом изменении параметров блока нажмите «Применить» и выберите в окне рисунка «Перезагрузить данные».
Схема турбины по умолчанию в параметризации 2-D
Масса сохраняется над блоком:
где m˙B - массовый расход в порту B.
Энергетический баланс в блоке рассчитывается как:
Пфлюид = 0,
где:
ФА - расход энергии в порту А.
Dwf B - расход энергии в порту B.
Пфлюид - это работа, выполняемая жидкостью, которая определяется по изменению общей удельной энтальпии жидкости:
Вал не вращается в условиях обратного потока. Результаты при реверсированных потоках могут быть неточными.
[1] Курцке, Иоахим. «Как получить карты компонентов для расчетов производительности газовой турбины самолета». Том 5: Производство материалов и металлургия; Керамика; Структуры и динамика; Органы управления, диагностики и КИПиА; образование; Генерал, Американское общество инженеров-механиков, 1996, с. V005T16A001.
[2] Пленцнер, Роберт М. «Составление карт компонентов в программе ВМС/NASA Engine Program (NNEP): метод и его использование». Технический меморандум НАСА, 1989 год.