Centrifugal Pump (TL)

Источник давления, основанный на центробежном действии вращающегося рабочего колеса

Библиотека:
Simscape/Жидкости/Тепловая жидкость/Насосы и двигатели

Описание

Блок Центробежный Насос (TL) моделирует вращательное преобразование энергии от вала в жидкость в тепловой гидравлической сети. Перепад давления и механический крутящий момент моделируются как функция от напоров и тормозных мощностей насоса, которые зависят от производительности насоса и определяются линейной интерполяцией табличных данных. Все составы основаны на законах подобия насоса, которые масштабируют эффективность насоса к отношению тока к опорным значениям скорости вращения насоса и плотности жидкости. Различия в головке из-за скорости жидкости и изменения повышения не моделируются.

Схема блока центробежного насоса (TL)

При номинальных условиях работы вход жидкости находится в порту A, а выход жидкости - в порту B. В то время как блок поддерживает противоположные потоки, поток от B до A находится вне нормальных условий работы насоса. Механическая ссылка насоса, связанная с корпусом насоса, находится в порте C, и крутящий момент вала и скорость вращения передаются в порте R.

Параметризация Analytical: Емкость, руководитель и Приводная мощность

Коэффициент усиления давления над насосом вычисляется как функция от законов подобия насоса и ссылки перепада давления:

$p_{B} - p_{A} = Δ p_{r e f} {(\frac{ω}{ω_{r e f}})}^{2} {(\frac{D}{D_{r e f}})}^{2},$

где:

Δp _ref является начальным коэффициентом усиления давления, который определяется из квадратичной подгонки перепада давления насоса между Maximum head at zero capacity, Nominal head и Maximum capacity at zero head.
ω - угловая скорость вала, ω R - _ω C.
ω _ref является Reference shaft speed.
$\frac{D}{D_{r e f}}$ - Impeller diameter scale factor, которое может быть изменено от значения по умолчанию 1, если ваши ссылки и диаметр рабочего колеса системы различаются. Этот блок не отражает изменения эффективности насоса из-за размера насоса.
ρ - плотность жидкости сети.

Крутящий момент на валу:

$τ = W_{b r a k e, r e f} \frac{ω^{2}}{ω_{r e f}^{3}} {(\frac{D}{D_{r e f}})}^{5} .$

Базовая мощность сопротивления, W _{тормоз,} определяется из линейной подгонки между Nominal brake power и Brake power at zero capacity.

Базовая емкость вычисляется как:

$q_{r e f} = \frac{\dot{m}}{ρ} \frac{ω_{r e f}}{ω} {(\frac{D_{r e f}}{D})}^{3} .$

1-D табличных данных: Напор и тормозная мощность как функция емкости

Можно смоделировать эффективность насоса как 1-D функцию производительности, объемную скорость потока жидкости через насос. Коэффициент усиления давления над насосом основан на исходной скорости вала и является функцией Reference head vector, _ΔHref, оцененного при исходной производительности, _Qref:

$Δ p = ρ g Δ H_{r e f} (Q_{r e f}) \frac{ω^{2}}{ω_{r e f}^{2}} {(\frac{D}{D_{r e f}})}^{2},$

где:

ω - угловая скорость вала.
ρ - плотность жидкости.
g - ускорение свободного падения.

Это происходит из закона подобия, который связывает головную и угловую скорость:

$\frac{Δ H_{r e f}}{Δ H} = \frac{ω_{r e f}^{2}}{ω^{2}} {(\frac{D}{D_{r e f}})}^{2},$

где ΔH - голова.

Крутящий момент на валу основан на Reference brake power vector, _Pref, которая является функцией ссылки емкости, _Qref:

$T = P_{r e f} (Q_{r e f}) \frac{ω^{2}}{ω_{r e f}^{3}} \frac{ρ}{ρ_{r e f}} {(\frac{D}{D_{r e f}})}^{5},$

где _ρref - Reference density жидкости.

Это происходит из закона подобия, который связывает приводную мощность и скорость вращения:

$\frac{P_{r e f}}{P} = \frac{ω_{r e f}^{3}}{ω^{3}} \frac{ρ_{r e f}}{ρ} {(\frac{D}{D_{r e f}})}^{5} .$

Опорная емкость определяется как:

$Q_{r e f} = \frac{\dot{m}}{ρ} \frac{ω_{r e f}}{ω} {(\frac{D}{D_{r e f}})}^{3},$

где $\dot{m}$ - массовый расход жидкости на входном отверстии насоса.

Если симуляция выходит за пределы предоставленной таблицы, головка насоса экстраполируется линейно, а приводная мощность экстраполируется до ближайшей точки.

2-D табличных данных: Напор и тормозная мощность как функция производительности и скорости вала

Можно смоделировать эффективность насоса как 2-D функцию производительности и угловой скорости вала. Перепад давления над насосом является функцией Head table, H(Q,w), _ΔHref, которая является функцией ссылки производительности, _Qref и скорости вала, ω:

$Δ p = ρ g Δ H_{r e f} (Q_{r e f}, ω) {(\frac{D}{D_{r e f}})}^{2} .$

Крутящий момент на валу вычисляется как функция от Brake power table, Wb(q,w), _Pref, которая является функцией от емкости ссылки, _Qref и скорости вала, ω:

$T = \frac{P_{r e f} (Q_{r e f}, ω)}{ω_{r e f}} \frac{ρ}{ρ_{r e f}} {(\frac{D}{D_{r e f}})}^{5} .$

Базовая емкость вычисляется как:

$Q_{r e f} = \frac{\dot{m}}{ρ} {(\frac{D_{r e f}}{D})}^{3} .$

Механическая ориентация

Насос генерирует степень, когда вал у порта R вращается в том же направлении, что и Mechanical orientation установка. Установка этого параметра на Positive angular velocity of port R relative to port C corresponds to normal pump operation означает, что жидкость течет из A в B, когда R вращается в положительном соглашении относительно C порта. Когда вал вращается против настройки Mechanical orientation, генерируется крутящий момент, но он может быть неточным физически.

Энергетический баланс

Механическая работа, выполняемая насосом, связана с энергетическим обменом. Управляющее уравнение энергетического баланса:

$ϕ_{A} + ϕ_{B} + P_{m e c h} = 0,$

где:

Φ A является расходом энергии в порту A.
Φ B - расход энергии в порту B.
P _mech является механической степенью, произведенной из-за крутящего момента, T и скорости вращения насоса, ω : $P_{m e c h} = T ω .$

Гидравлическая степень насоса является функцией различия давления между портами насоса:

$P_{h y d r o} = Δ p \frac{\dot{m}}{ρ} .$

Порты

Сохранение

расширить все

`A` - Входное отверстие насоса
тепловая жидкость

Порт входного отверстия жидкости.

`B` - Выход насоса
тепловая жидкость

Порт выхода жидкости.

`C` - Обсадная колонна насоса
механический вращательный

Скорость вращения и крутящий момент корпуса.

`R` - Вал рабочего колеса
механический вращательный

Угловая скорость и крутящий момент вала.

Параметры

расширить все

`Pump Parameterization` - Данные по эффективности насоса
`Capacity, head, and brake power at reference shaft speed` (по умолчанию) | `1D tabulated data - head and brake power vs. capacity` | `2D tabulated data - head and brake power vs. capacity and angular velocity`

Параметризация напора и тормозной мощности насоса.

Capacity, head, and brake power at reference shaft speed: Моделируйте перепад давления насоса и крутящий момент на валу с аналитической формулой.
1D tabulated data - head and brake power vs. capacity at reference shaft speed: Моделируйте напор и тормозную мощность на основе табличных данных о напоре и тормозной мощности при заданной производительности.
2D tabulated data - head and brake power vs. capacity and shaft speed: Моделируйте напор и тормозную мощность на основе табличных данных о напоре и тормозной мощности при заданной производительности и скорости вала.