Compressor

Компрессор для дожимных двигателей

Библиотека:
Силовой агрегат Blockset/Двигатель/Компоненты Engine сгорания/Boost

Описание

Блок Compressor моделирует подъем двигателя при помощи энергии вала привода для увеличения давления впускного коллектора. Блок является компонентом моделей нагнетателя и турбонагнетателя. Блок использует двухсторонние порты, чтобы соединить объемы управления входным и выходным отверстиями и приводным валом. Объемы управления обеспечивают давление, температуру и специфическую энтальпию для компрессора, чтобы вычислить массу и энергетические скорости потока жидкости. Чтобы вычислить крутящий момент и скорости потока жидкости, ведущий вал обеспечивает скорость компрессора. Как правило, производители компрессоров обеспечивают массовый расход жидкости и таблицы эффективности как функцию от скорректированных отношения скорости и давления. Можно задать интерполяционные таблицы, чтобы вычислить массовый расход жидкости и эффективности. Блок не поддерживает обратный массовый поток.

Если у вас есть Основанные на Модели Toolbox™ Калибровки, нажмите Calibrate Performance Maps, чтобы виртуально калибровать массовый расход жидкости и интерполяционные таблицы эффективность турбины с помощью измеренных данных.

Масса течет от объема управления входным отверстием до объема управления выходным отверстием.

Виртуальная калибровка

Если у вас есть Model-Based Calibration Toolbox, нажмите Calibrate Performance Maps, чтобы виртуально калибровать массовый расход жидкости и интерполяционные таблицы эффективность турбины с помощью измеренных данных. Диалоговое окно проходит через эти задачи.

Задача

Описание

Импорт данных компрессора

Импортируйте данные компрессора из файла. Для получения дополнительной информации смотрите Использование данного (Model-Based Calibration Toolbox).

Скорость, Spd, в рад/с
Массовый расход жидкости, MassFlwRate, в кг/с
Коэффициент давления, PrsRatio, безразмерный
Эффективность, Eff, безразмерная

Скорость, массовый расход жидкости, отношение давления и эффективности находятся во 2-5-м столбцах файла данных, соответственно. Первая и вторая строки файла данных обеспечивают имена переменных и модулей. Для примера используйте этот формат.

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

Model-Based Calibration Toolbox ограничивает значения точек останова скорости и отношения давления максимальными значениями в файле.

Чтобы фильтровать или редактировать данные, выберите Edit in Application. Откроется окно Model-Based Calibration Toolbox Data Editor.

Сгенерируйте модели отклика

Model-Based Calibration Toolbox подбирает импортированные данные к моделям отклика.

Данные	Модель отклика
Массовый расход жидкости	Модель расширенного эллипсного отклика, описанная в Моделировании и управлении двигателями и приводами²
Эффективность	Полином

Чтобы оценить или настроить подгонку модели отклика, выберите Edit in Application. Откроется браузер модели на основе модели (Model-Based Calibration Toolbox Model Browser). Для получения дополнительной информации смотрите Оценку модели ( Model-Based Calibration Toolbox).

Сгенерируйте калибровку

Model-Based Calibration Toolbox калибрует модель отклика и генерирует калиброванные таблицы.

Чтобы оценить или настроить калибровку, выберите Edit in Application. Откроется браузер CAGE на основе модели (Model-Based Calibration Toolbox CAGE). Для получения дополнительной информации см. Раздел «Интерполяционные таблицы калибровки» (Model-Based Calibration Toolbox).

Обновление параметров блоков

Обновите эти массовые расходы жидкости и эффективность параметры с помощью калибровки.

Corrected mass flow rate table, mdot_corr_tbl
Efficiency table, eta_comp_tbl
Corrected speed breakpoints, w_corr_bpts1
Pressure ratio breakpoints, Pr_bpts2

Термодинамика

Блок использует эти уравнения, чтобы смоделировать термодинамику.

Вычисление	Уравнения
Прямой массовый поток	${\dot{m}}_{c o m p} > 0$ $p_{01} = p_{i n l e t}$ $p_{02} = p_{o u t l e t}$ $T_{01} = T_{i n l e t}$ $h_{01} = h_{i n l e t}$
Первый закон термодинамики	${\dot{W}}_{c o m p} = {\dot{m}}_{c o m p} c_{p} (T_{01} - T_{02})$
Изентропная эффективность	$η_{c o m p} = \frac{h_{02 s} - h_{01}}{h_{02} - h_{01}} = \frac{T_{02 s} - T_{01}}{T_{02} - T_{01}}$
Изентропная температура на выходе, принимая идеальный газ и постоянные специфические нагревания	$T_{02 s} = T_{01} {(\frac{p_{02}}{p_{01}})}^{\frac{γ - 1}{γ}}$
Удельный коэффициент тепла	$γ = \frac{c_{p}}{c_{p} - R}$
Температура на выходе	$T_{02} = T_{01} + \frac{T_{01}}{η_{c o m b}} {{(\frac{p_{02}}{p_{01}})}^{\frac{γ - 1}{γ}} - 1}$
Тепловые потоки	$q_{i n l e t} = {\dot{m}}_{c o m p} h_{01}$ $q_{o u t l e t} = {\dot{m}}_{c o m p} h_{02} = {\dot{m}}_{c o m p} c_{p} T_{02}$
Скорректированный массовый расход жидкости	${\dot{m}}_{c o r r} = {\dot{m}}_{c o m p} \frac{\sqrt{T_{01} / T_{r e f}}}{p_{01} / p_{r e f}}$
Скорректированная скорость	$ω_{c o r r} = \frac{ω}{\sqrt{T_{01} / T_{r e f}}}$
Отношение давления	$p_{r} = \frac{p_{01}}{p_{02}}$

Блок использует внутренний сигнал FlwDir отслеживать направление потока.

В уравнениях используются эти переменные.

$p_{inlet}$ , $p_{01}$	Общее давление объема управления входным отверстием
$T_{i n l e t}$ , $T_{01}$	Общая температура объема входного отверстия
$h_{i n l e t}$ , $h_{01}$	Общая удельная энтальпия объема регулирования входного отверстия
$p_{o u t l e t}$ , $p_{02}$	Суммарное давление объема управления на выходе
$T_{o u t l e t}$	Общая температура объема управления на выходе
$h_{o u t l e t}$	Общая удельная энтальпия объема управления на выходе
${\dot{W}}_{c o m p}$	Степень приводного вала
$T_{02}$	Общая температура на выходе
$h_{02}$	Общая удельная энтальпия выхода
${\dot{m}}_{c o m p}$	Массовый расход жидкости через компрессор
$q_{i n l e t}$	Тепловая скорость потока жидкости входного отверстия
$q_{o u t l e t}$	Тепловая скорость потока жидкости на выходе
$η_{c o m p}$	Изентропная эффективность компрессора
$T_{02 s}$	Общая температура изентропного выхода
$h_{02 s}$	Общая удельная энтальпия изентропного выхода
$R$	Идеальная газовая константа
$c_{p}$	Удельное тепло при постоянном давлении
$γ$	Удельный коэффициент тепла
${\dot{m}}_{c o r r}$	Скорректированный массовый расход жидкости
$ω$	Скорость приводного вала
$ω_{c o r r}$	Скорректированный привод вала скоростью
$T_{r e f}$	Интерполяционная таблица ссылки температуры
$P_{r e f}$	Интерполяционная таблица ссылки давлением
$τ_{c o m p}$	Крутящий момент на валу компрессора
$p_{r}$	Отношение давления
$η_{c o m b, t b l}$	Интерполяционная таблица 3-D эффективность компрессора
${\dot{m}}_{c o r r, t b l}$	Скорректированный массовый расход жидкости 3-D интерполяционную таблицу
$ω_{c o r r, b p t s 1}$	Исправленные точки останова скорости
$p_{r, b p t s 2}$	Прерывистые точки отношения давления

Учет степени

Для учета степени, блок реализует эти уравнения.

Сигнал шины			Описание	Уравнения
`PwrInfo`	`PwrTrnsfrd` - Степень между блоками Положительные сигналы указывают на поток в блок Отрицательные сигналы указывают на выход из блока	`PwrDriveshft`	Степень, переданная от вала	$- {\dot{W}}_{t u r b}$
		`PwrHeatFlwIn`	Скорость потока жидкости в порте А	$q_{o u t l e t}$
		`PwrHeatFlwOut`	Скорость потока жидкости в порту B	$q_{o u t l e t}$
	`PwrNotTrnsfrd` - Степень через контур блока, но не переданный Положительные сигналы указывают на вход Отрицательные сигналы указывают на потерю	`PwrLoss`	Потеря степени	$- q_{i n l e t} - q_{o u t l e t} + {\dot{W}}_{t u r b}$
	`PwrStored` - Сохраненная скорость изменения энергии Положительные сигналы указывают на увеличение Отрицательные сигналы указывают на уменьшение	Не используется

В уравнениях используются эти переменные.

${\dot{W}}_{t u r b}$	Степень приводного вала
$q_{o u t l e t}$	Общая тепловая скорость потока жидкости на выходе
$q_{i n l e t}$	Общая тепловая скорость потока жидкости на входе

Порты

Вход

расширить все

`Ds` - Скорость приводного вала
двухсторонний порт соединителя

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

`A` - Давление на входе, температура, энтальпия, массовые фракции
двухсторонний порт соединителя

Шина, содержащая входное отверстие, регулирующий объем:

InPrs - Давление, $p_{inlet}$ , в Па
InTemp - Температура, $T_{i n l e t}$ , в K
InEnth - Специфическая энтальпия, $h_{i n l e t}$ , в Дж/кг

`B` - Давление на выходе, температура, энтальпия, массовые фракции
двухсторонний порт соединителя

Шина, содержащая выходной регулирующий объем:

OutPrs - Давление, $p_{o u t l e t}$ , в Па
OutTemp - Температура, $T_{o u t l e t}$ , в K
OutEnth - Специфическая энтальпия, $h_{o u t l e t}$ , в Дж/кг

Выход

расширить все

`Info` - Сигнал шины
автобус

Сигнал шины, содержащий эти вычисления блоков.

Сигнал			Описание	Модули
`CmprsOutletTemp`			Температура, выходящая из компрессора	K
`DriveshftPwr`			Степень приводного вала	W
`DriveshftTrq`			Крутящий момент на валу привода	Н· м
`CmprsMassFlw`			Массовый расход жидкости через компрессор	кг/с
`PrsRatio`			Отношение давления	Н/Д
`DriveshftCorrSpd`			Скорректированный привод вала скоростью	рад/с
`CmprsEff`			Изентропная эффективность компрессора	Н/Д
`CorrMassFlw`			Скорректированный массовый расход жидкости	кг/с
`PwrInfo`	`PwrTrnsfrd`	`PwrDriveshft`	Степень, переданная от вала	W
		`PwrHeatFlwIn`	Скорость потока жидкости в порте А	W
		`PwrHeatFlwOut`	Скорость потока жидкости в порту B	W
	`PwrNotTrnsfrd`	`PwrLoss`	Потеря степени	W
	`PwrStored`		Не используется	W

`Ds` - Крутящий момент на валу привода
двухсторонний порт соединителя

Trq - Сигнал, содержащий крутящий момент на валу привода, $τ_{c o m p}$ , в Н· м.

`A` - Массовый расход входного отверстия, расход тепла, температура, массовые доли
двухсторонний порт соединителя

Шина, содержащая:

MassFlwRate - Массовый расход жидкости через вход, ${\dot{m}}_{c o m p}$ , в кг/с
HeatFlwRate - Расход тепла на входе, $q_{i n l e t}$ , в Дж/с
Temp - Температура на входе, в К
MassFrac - Массовые фракции входного отверстия, безразмерные.
В частности, шина с этими массовыми фракциями:
- O2MassFrac - Кислород
- N2MassFrac - Азот
- UnbrndFuelMassFrac - несгоревшее топливо
- CO2MassFrac - Диоксид углерода
- H2OMassFrac - Вода
- COMassFrac - Монооксид углерода
- NOMassFrac - Оксид азота
- NO2MassFrac - Диоксид азота
- NOxMassFrac - Оксид азота и диоксид азота
- PmMassFrac - Твердые частицы
- AirMassFrac - Воздух
- BrndGasMassFrac - Сжигаемый газ

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

Шина, содержащая:

MassFlwRate - Массовый расход на выходе, ${\dot{m}}_{c o m p}$ , в кг/с
HeatFlwRate - Расход тепла на выходе, $q_{o u t l e t}$ , в Дж/с
Temp - Температура на выходе, в К
MassFrac - Массовые фракции на выходе, безразмерные.
В частности, шина с этими массовыми фракциями:
- O2MassFrac - Кислород
- N2MassFrac - Азот
- UnbrndFuelMassFrac - несгоревшее топливо
- CO2MassFrac - Диоксид углерода
- H2OMassFrac - Вода
- COMassFrac - Монооксид углерода
- NOMassFrac - Оксид азота
- NO2MassFrac - Диоксид азота
- NOxMassFrac - Оксид азота и диоксид азота
- PmMassFrac - Твердые частицы
- AirMassFrac - Воздух
- BrndGasMassFrac - Сжигаемый газ

Параметры

расширить все

Таблицы эффективности

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

Задача

Описание

Импорт данных компрессора

Скорость, Spd, в рад/с
Массовый расход жидкости, MassFlwRate, в кг/с
Коэффициент давления, PrsRatio, безразмерный
Эффективность, Eff, безразмерная

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

Чтобы фильтровать или редактировать данные, выберите Edit in Application. Откроется окно Model-Based Calibration Toolbox Data Editor.

Сгенерируйте модели отклика

Model-Based Calibration Toolbox подбирает импортированные данные к моделям отклика.

Данные	Модель отклика
Массовый расход жидкости	Модель расширенного эллипсного отклика, описанная в Моделировании и управлении двигателями и приводами²
Эффективность	Полином

Сгенерируйте калибровку

Model-Based Calibration Toolbox калибрует модель отклика и генерирует калиброванные таблицы.

Обновление параметров блоков

Обновите эти массовые расходы жидкости и эффективность параметры с помощью калибровки.

Corrected mass flow rate table, mdot_corr_tbl
Efficiency table, eta_comp_tbl
Corrected speed breakpoints, w_corr_bpts1
Pressure ratio breakpoints, Pr_bpts2

`Corrected mass flow rate table, mdot_corr_tbl` - Интерполяционная таблица
`array`

Исправлен массовый расход жидкости интерполяционная таблица, ${\dot{m}}_{c o r r, t b l}$ , как функцию скорректированной скорости, _ωcorr и отношения давления, _pr, в кг/с.

`Efficiency table, eta_comp_tbl` - Интерполяционная таблица
`array`

Интерполяционная таблица эффективности, $η_{c o m b, t b l}$ , как функция от скорректированной скорости, _ωcorr и отношения давления, _pr, безразмерно.

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

Скорректированные точки останова скорости вала привода, $ω_{c o r r, b p t s 1}$ , в рад/с.

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

Прерывистые точки отношения давления, $p_{r, b p t s 2}$ .

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

Интерполяционная таблица ссылки температура, $T_{r e f}$ , в К.

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

Интерполяционная таблица ссылки давлением, $P_{r e f}$ , в Па.

Свойства газа

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

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

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

Удельное тепло при постоянном давлении, $c_{p}$ , в Дж/( кг * К).

Примеры моделей

Conventional Vehicle Reference Application

Обычные Транспортные средства Примера готовых узлов

Симулируйте полную модель транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания, коробкой передач и соответствующими алгоритмами управления силовым агрегатом. Используйте для анализа соответствия силового агрегата и выбора компонентов, проекта алгоритмов управления и диагностики и аппаратных средств в цикле (HIL) проверки.

Ссылки

[1] Хейвуд, Джон Б. Основные принципы Engine внутреннего сгорания. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1988.

[2] Эрикссон, Ларс и Ларс Нильсен. Моделирование и управление двигателями и приводами. Chichester, West Sussex, Великобритания: John Wiley & Sons Ltd, 2014.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

См. также

Boost Drive Shaft | Turbine

Темы

Model-Based Calibration Toolbox

Введенный в R2017a

Документация

Compressor