Библиотека Тепловая жидкость (Thermal Liquid) расширяет возможности моделирования текучей среды Simscape™. Эта библиотека позволяет учитывать тепловые эффекты в жидкостной системе. Например, можно смоделировать эффект потепления вязкого рассеяния в трубе. Можно также учитывать температурную зависимость свойств жидкости, например, плотности и вязкости.
Чтобы определить, соответствуют ли блоки Thermal Liquid требованиям моделирования, рассмотрим текучую систему, которую вы пытаетесь представить. Другие блоки Simscape, такие как гидравлическая или двухфазная жидкость, могут лучше подходить для вашего применения. Оценить следующее:
Количество фаз
Является ли текучая среда однофазной или многофазной?
Соответствующие фазы
Является ли текучая среда газом, жидкостью или многофазной смесью?
Тепловые эффекты
Значительно ли изменяется температура во временной шкале моделирования? Важны ли тепловые эффекты для анализа? Важны ли температурные зависимости свойств жидкости?
Как правило, использовать блоки Thermal Liquid для жидкостных систем, в которых однофазная жидкость испытывает значительные изменения температуры.
Предлагаемый рабочий процесс для моделей Thermal Liquid включает четыре этапа:
Определение требований к модели - определение цели и объема модели. Затем определите соответствующие компоненты и взаимодействия в модели. Эта информация используется в качестве руководства при построении модели.
Физические компоненты модели - определение соответствующих блоков для моделирования соответствующих компонентов и взаимодействий. Затем добавьте блоки к холсту модели и соедините их в соответствии с правилами подключения Simscape. Задайте параметры блока.
Подготовка модели к анализу - добавление датчиков в модель. Либо настройте модель для регистрации данных Simscape. Проверьте физические единицы каждой измеряемой переменной.
Запустить моделирование - настройка параметров решателя. Затем запустите моделирование. При необходимости уточните модель до достижения требуемого уровня точности.
Основой хорошей модели является четкое понимание ее цели и требований. Чего вы пытаетесь добиться с помощью модели? Каковы соответствующие компоненты, процессы и состояния? Определите, что важно, а что нет. Начните просто, используя приблизительное приближение физической системы в качестве руководства. Затем, итеративно добавьте подробности, чтобы достичь нужной точности модели для приложения.
Примером может служить изолированный нефтепровод, заглубленный под землю. Когда нефть течет по трубопроводу, она испытывает теплопроводные потери из-за более холодного окружения трубопровода. Тепло течет через три слоя материала - стенку трубы, изолятор и почву, что приводит к снижению температуры масла. Однако имеет значение только проводимость по слоям почвы и изолятора. Типичная стенка трубы является тонкой и проводящей, и ее влияние на теплопроводящие потери в лучшем случае минимально. Пропуск этого процесса упрощает модель и ускоряет моделирование.
Необходимо также определить размеры и свойства каждого компонента. Во время моделирования эти параметры задаются в блоках Simscape для компонентов. Получить физические свойства жидкой среды. Эти данные обычно предоставляются в листах технических данных производителя. Для определения таблиц поиска физических свойств можно также использовать аналитические выражения.
При моделировании труб учитывайте влияние динамической сжимаемости и инерции потока на поведение переходной системы. Если временной масштаб эффекта превышает время выполнения моделирования, воздействие обычно является незначительным. Во время моделирования отключите незначительные эффекты, чтобы повысить скорость моделирования. Характерные временные шкалы для динамической сжимаемости и инерции потока составляют приблизительно L/c и L/v соответственно, где:
L - длина трубы.
v - средняя скорость потока через трубу.
c - скорость звука в жидкой среде.
Если вы не уверены, имеет ли эффект отношение к модели, смоделируйте модель с этим эффектом и без него. Затем сравните два результата моделирования. Если разница существенна, оставьте этот эффект на месте. Результатом является большая точность модели в небольших временных масштабах, например, во время переходных процессов, связанных с обращением потока в трубе.
Начните с добавления блока «Параметры тепловой жидкости» (TL) к холсту модели. Используйте этот блок для обеспечения физических свойств жидкой среды. Этот блок не является строго обязательным, но без него свойства жидкости сбрасываются до значений по умолчанию, заданных для воды. В диалоговом окне блока введите таблицы поиска физических свойств, которые были получены на этапе планирования.
Определите соответствующие блоки для представления физических компонентов и их взаимодействий. Компоненты могут быть простыми, требующими одного блока, или сложными, требующими нескольких блоков, как правило, в блоке подсистемы Simulink ®. Добавьте блоки к холсту модели и соедините их в соответствии с правилами подключения Simscape .
ssc_tl_hydraulic_fluid_warming В примере показаны простые и сложные компоненты. Источник массового расхода (TL) представляет собой идеальный источник питания. Это простой компонент. Блок подсистемы цилиндров двойного действия представляет собой механическую часть гидравлического привода. Он содержит два блока Translational Mechanical Converter (TL) и является сложным компонентом.
После соединения блоков задайте соответствующие параметры. К ним относятся размеры, физические состояния, эмпирические коэффициенты корреляции и начальные условия. В блоках «Труба» (TL), «Вращательный механический преобразователь» (TL) и «Поступательный механический преобразователь» (TL) выберите соответствующую настройку для таких эффектов, как динамическая сжимаемость и инерция потока.
Примечание
Для получения точных результатов моделирования всегда заменяйте значения параметров по умолчанию данными, соответствующими модели.
Для анализа модели необходимо настроить ее для сбора данных. Самый простой подход заключается в добавлении блоков датчиков в модель. Библиотека Thermal Liquid предоставляет два типа блоков датчиков: один для переменных Through (массовый расход и расход энергии), другой для переменных Across (давление и температура). С помощью блока PS-Simulink Converter можно указать физические единицы измеряемой переменной.
Альтернативный подход заключается в использовании регистрации данных Simscape. Этот подход, который использует команды MATLAB ® вместо блоков, обеспечивает доступ к более широкому диапазону переменных и параметров модели. Одним из примеров является кинематическая вязкость жидкой среды внутри участка трубопровода. Этот параметр можно проанализировать с помощью регистрации данных Simscape, но не с помощью блоков датчиков.
Обзор регистрации данных Simscape см. в разделе Сведения о регистрации данных моделирования. Пример печати зарегистрированных данных см. в разделе Журнал и данные моделирования печати.
Последним шагом в рабочем процессе моделирования является моделирование модели. Перед запуском моделирования убедитесь, что числовой решатель соответствует модели. Для этого используйте диалоговое окно Параметры конфигурации модели (Model Configuration Parameters).
Для физических моделей решатели с переменным шагом, такие как ode15s как правило, работают лучше всего. Уменьшите размеры и допуски шага для повышения точности моделирования. Увеличьте их вместо этого для более быстрого моделирования.
Запустите моделирование. Постройте график данных моделирования от датчиков и регистрации данных Simscape или обработайте их для дальнейшего анализа. При необходимости уточните модель. Например, исправить проблемы моделирования или улучшить точность модели.