Compressor (G)

Газовый компрессор в термодинамическом цикле

  • Библиотека:
  • Simscape/Жидкости/Газ/Турбомашина

  • Compressor (G) block

Описание

Блок Компрессор (G) моделирует динамический компрессор, такой как центробежный или осевой компрессор, в газовой сети. Можно параметризовать блок аналитически или с помощью табличной карты компрессора. Жидкость, вытекающая из порта A в порт B, генерирует крутящий момент. Порт R сообщает о крутящем моменте вала и скорости вращения относительно порта C, который связан с корпусом компрессора.

В табличных данных параметризация, запас по помпажу, отношение между отношением давления помпажа в заданном массовом расходе жидкости и отношением давления рабочей точки минус 1, выход в порте SM.

Расчетная точка компрессора является предполагаемым коэффициентом рабочего давления над и массовым расходом жидкости через компрессор во время симуляции. Рабочая точка компрессора и точка максимальной эффективности не должны совпадать.

Карта компрессора

Карта компрессора изображает эффективность компрессора как функцию отношения давления, давления на выходе компрессора к давлению на входе и скорректированные массовые расходы жидкости. Карта строит график изентропной эффективности компрессора между двумя крайностями дроссельного потока и потока помпажа. Карты компрессора используют β линии для оценки эффективности с интервалом между скоростями вала. Дроссельный поток соответствует β = 0, и дроссельный поток соответствует β = 1. β-линии перпендикулярны линиям постоянной скорости вала компрессора, N, которые также корректируются на изменение давления и температуры в компрессоре.

Скорректированный массовый расход жидкости

Из-за больших изменений давления и температуры внутри компрессора карта компрессора строит графики эффективности с точки зрения скорректированного массовым расходом жидкости. Скорректированный массовый расход жидкости регулируется из массового расхода входного отверстия с скорректированным давлением и скорректированной температурой:

m˙ATATcorr=m˙corrpApcorr,

где:

  • m˙A - массовый расход жидкости в порту A.

  • TA - температура в порте A.

  • Tcorr является Reference temperature for corrected flow. При использовании табличной карты компрессора поставщик данных задает это значение. Используя аналитическую параметризацию, это - температура, при которой отношения массового расхода жидкости отношения давления по области значений температур сходятся к единственной линии тренда.

  • m˙corr - скорректированный массовый расход жидкости.

    Когда Parameterization установлено на Analytical, это Corrected mass flow rate at design point.

    Когда Parameterization установлено на Tabulated, это происходит от Corrected mass flow rate table, mdot(N,beta).

  • pA - давление в порте A.

  • pcorr является Reference pressure for corrected flow. При использовании табличной карты компрессора поставщик данных задает это значение. Используя аналитическую параметризацию, это - давление, в котором отношения массового расхода жидкости отношения давления по области значений давлений сходятся к единственной линии тренда.

Крутящий момент на валу

Крутящий момент на валу, τ, вычисляется как:

τ=m˙AΔhtotalηmω,

где:

  • Δhtotal - общее изменение специфической энтальпии жидкости.

  • ηm является Mechanical efficiency компрессора.

  • ω - относительная угловая скорость вала, ωR - ωC.

Обратный поток, от B до A, находится вне типового режима работы компрессора, и точных результатов ожидать не следует. Область порога, когда поток приближается к нулю, гарантирует, что никакой крутящий момент не генерируется, когда скорость потока жидкости близка к нулю или противоположна.

Параметризация Analytical

Если у вас нет доступных табличных данных о компрессоре, можно смоделировать коэффициент давления компрессора, скорректированный массовый расход жидкости и изентропную эффективность аналитически. Аналитический метод не использует β линии и блок не сообщает о запасе помпажа.

Отношение давления

Отношение давления при заданных скорости и массовом расходе жидкости вала вычисляется как:

π=1+(πD1)[N˜ab+2N˜kln(1m˜N˜bk)],

где:

  • πD является Pressure ratio at design point.

  • N˜ - нормированная скорректированная скорость вала,

    NND,

    где ND - Corrected speed at design point.

  • m˜ - нормированный скорректированный массовый расход жидкости,

    m˙corrm˙D,

    где m˙D является Corrected mass flow rate at design point.

  • a является Spine shape, a.

  • b является Speed line spread, b.

  • k является Speed line roundness, k.

Позвоночник карты относится к аналитической линии, обозначающей номинальную эффективность компрессора. Линии скорости карты являются линиями постоянной скорости вала, которые пересекаются с позвоночником перпендикулярно. Переменные позвоночника и линии скорости являются настраиваемыми параметрами, которые могут быть скорректированы для различной эффективности.

Параметризация Analytical

Compressor analytical map

Параметризация изентропной эффективности

Когда Efficiency specification установлено на Analytical, блок моделирует переменную эффективность компрессора как:

η=η0(1C|p˜m˜a+Δa1m˜|cD|m˜m˜01|d),

где:

  • η0 является Maximum isentropic efficiency.

  • C является Efficiency contour gradient orthogonal to spine, C.

  • D является Efficiency contour gradient along spine, D.

  • c является Efficiency peak flatness orthogonal to spine, c.

  • d является Efficiency peak flatness along spine, d.

  • p˜ - нормированное скорректированное отношение давления,

    π1πD1,

    где πD - Corrected pressure ratio at design point.

  • m˜0 - нормированный скорректированный массовый расход жидкости, при котором компрессор достигает своего Maximum isentropic efficiency.

Переменная эффективность являются настраиваемыми параметрами, которые можно настроить для различных характеристик эффективности. a измеряет зависимость между рабочей точкой и точкой максимальной эффективности. При Δa = 0 компрессор работает в точке максимальной эффективности.

Кроме того, можно смоделировать постоянную эффективность путем присвоения Constant efficiency value.

Табличные данные

Когда Parameterization установлено на Tabulatedизентропная эффективность компрессора, отношение давления и скорректированные массовые расходы жидкости являются функцией скорректированной скорости, N и картографического индекса, β. Блок использует линейную интерполяцию между точками данных для эффективности, отношения давления и скорректированных параметров массового расхода жидкости.

Если условия симуляции превышают β = 1, моделируется помпажный поток: отношение давления остается на своем значении в β = 1, в то время как массовый расход жидкости продолжает изменяться. Если условия симуляции падают ниже β = 0, моделируется дроссельный поток: массовый расход жидкости остается на своем значении в β = 0, в то время как отношение давления продолжает изменяться. Чтобы ограничить эффективность компрессора в контурах карты, блок экстраполирует изентропную эффективность до ближайшей точки.

Вы можете принять решение, чтобы быть уведомлены, когда коэффициент давления рабочей точки превышает коэффициент давления помпажа. Установите Report when static margin is negative значение Warning получать предупреждение или Error чтобы остановить симуляцию, когда это происходит.

Визуализация карты блочного компрессора

Чтобы визуализировать карту блоков, щелкните правой кнопкой мыши блок и выберите Fluids > Plot Compressor Map Characteristics.

Каждый раз, когда вы изменяете настройки блоков, кликните Apply в нижней части диалогового окна, а затем нажмите Reload Data в окне рисунка.

Табличная карта компрессора по умолчанию параметризации

Compressor map

Уравнения непрерывности

Масса сохраняется над блоком:

m˙A+m˙B=0,

где m˙B - массовый расход жидкости в порту B.

Энергетический баланс в блоке вычисляется как:

ΦA+ΦB+Pfluid=0,

где:

  • ΦA - энергетическая скорость потока жидкости в порту A.

  • ΦB - энергетическая скорость потока жидкости в порту B.

  • Pfluid - гидравлическая степень, поданная в жидкость, которая определяется из изменения общей специфической энтальпии жидкости: Pfluid=m˙AΔhtotal.

Допущения и ограничения

  • Вал не вращается в условиях противоположного потока. Результаты во время обратных потоков могут быть неточными.

  • Блок моделирует только динамические компрессоры.

  • Для успешной инициализации симуляции требуется умеренно точный вход давления.

Порты

Сохранение

расширить все

Порт входа жидкости.

Порт выхода жидкости.

Порт, сопоставленный с корпусом компрессора.

Порт, сопоставленный с крутящим моментом вала компрессора и скоростью вращения.

Выход

расширить все

Выводит запас помпажа компрессора, отношение между отношением давления рабочей точки и отношением давления помпажа, при заданном массовом расходе жидкости:

SM(m˙corr)=pr,surge(m˙corr)pr(m˙corr)1.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Parameterization равным Tabulated.

Параметры

расширить все

Карта компрессора

Модель эффективности компрессора. Вы можете выбрать:

  • Analytical: Кривой массовый расход жидкости с поправкой на отношение давления задаёт пиковую эффективность компрессора. Можно принять решение смоделировать изентропную эффективность как постоянную или аналитически.

  • Tabulated: Карта компрессора, поставляемая пользователем, определяет эффективность компрессора. Рабочие точки компрессора определяются линейной интерполяцией между скорректированными таблицами массового расхода жидкости, отношения давления и изентропной эффективности в заданных точках в пользовательских скорректированных векторах скорости вала и β. Карта по умолчанию получена из данных, представленных в [3].

Скорость вала при заданном соотношении давления компрессора и скорректированного массового расхода жидкости, скорректированной на давление и температуру.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization равным Analytical.

Отношение давления на выходе к входу при заданном компрессоре скорректировало массовый расход жидкости.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization равным Analytical.

Массовый расход жидкости при заданном соотношении давления компрессора с поправкой на температуру и давление.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization равным Analytical.

Тип модели изентропной эффективности. Выберите постоянную или переменную (аналитическую) модель.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization равным Analytical.

Максимальная изентропная эффективность компрессора. Изентропная эффективность - это отношение изменения общей удельной энтальпии к изменению общей удельной изентропной энтальпии.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization равным Analytical и Efficiency specification к Analytical.

Массовый расход жидкости при максимальной эффективности, скорректированный на температуру и давление. Точка максимальной эффективности не обязательно совпадает с расчетной точкой компрессора в вашей симуляции.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization равным Analytical и Efficiency specification к Analytical.

Отношение давления при максимальной эффективности. Точка максимальной эффективности не обязательно совпадает с расчетной точкой компрессора в вашей симуляции.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization равным Analytical и Efficiency specification к Analytical.

Значение постоянной изентропной эффективности в аналитической параметризации.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization равным Analytical и Efficiency specification к Constant.

Вектор скорректированных скоростей вала.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization равным Tabulated.

Вектор интервалов между 0 и 1, при котором можно оценить эффективность компрессора. Дроссельный поток определяется как β = 0, и помпажный поток определяется как β = 1. β-линии перпендикулярны линиям постоянной скорости вала компрессора, N.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization равным Tabulated.

M -by - N матрица коэффициентов давления на выходе компрессора к входу при заданных скорректированных скорости вала и значении β. Линейная интерполяция используется между элементами таблицы. M и N являются размерами соответствующих векторов:

  • M - количество векторных элементов в параметре Corrected speed index vector, N.

  • N - количество векторных элементов в параметре Beta index vector, beta.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization равным Tabulated.

M -by - N матрица скорректированных массовых расходов жидкости при заданных скорректированных скорости вала и значении β. Линейная интерполяция используется между элементами таблицы. M и N являются размерами соответствующих векторов:

  • M - количество векторных элементов в параметре Corrected speed index vector, N.

  • N - количество векторных элементов в параметре Beta index vector, beta.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization равным Tabulated.

M -by - N матрица изентропных КПД компрессора при заданных скорректированных скорости вала и значении β. Линейная интерполяция используется между элементами таблицы. M и N являются размерами соответствующих векторов:

  • M - количество векторных элементов в параметре Corrected speed index vector, N.

  • N - количество векторных элементов в параметре Beta index vector, beta.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization равным Tabulated.

Следует ли уведомлять, превышает ли коэффициент давления рабочей точки компрессора коэффициент давления помпажа при заданных скорректированных массовых расходах жидкости.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization равным Tabulated.

Коэффициенты Map

Чтобы включить эту вкладку, задайте Parameterization Analytical.

Экспонента в аналитической параметризации отношения давления, которая характеризует форму позвоночника.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization равным Analytical.

Экспонента в аналитической параметризации отношения давления, которая характеризует интервал линии постоянной скорости.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization равным Analytical.

Коэффициент в аналитической параметризации отношения давления, который характеризует форму линии постоянной скорости.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization равным Analytical.

Экспонента в аналитической модели эффективности, которая характеризует форму кривой КПД.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization равным Analytical и Efficiency specification к Analytical.

Экспонента в аналитической модели эффективности.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization равным Analytical и Efficiency specification к Analytical.

Коэффициент в аналитической модели эффективности.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization равным Analytical и Efficiency specification к Analytical.

Коэффициент в аналитической модели эффективности.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterization равным Analytical и Efficiency specification к Analytical.

Справочные данные

Давление, при котором данные компрессора объединяются в исправленную линию тренда. Когда Parameterization установлено на TabulatedЭто значение задается поставщиком данных. Когда Parameterization установлено на Analytical, это - давление, в котором отношения массового расхода жидкости отношения давления по области значений давлений сходятся к единственной линии тренда.

Температура, при которой данные компрессора объединяются в исправленную линию тренда. Когда Parameterization установлено на TabulatedЭто значение задается поставщиком данных. Когда Parameterization установлено на Analytical, это - температура, при которой отношения массового расхода жидкости отношения давления по области значений температур сходятся к единственной линии тренда.

Эффективность преобразования коэффициента усиления при конкретной энтальпии в крутящий момент на валу.

Площадь поперечного сечения входного отверстия компрессора.

Площадь поперечного сечения выходного отверстия компрессора.

Ссылки

[1] Greitzer, E. M. et al. "N + 3 Концептуальные проекты летательных аппаратов и торговые исследования. Том 2: Приложения - Методики проекта аэродинамики, конструкций, веса и термодинамических циклов ". Технический отчет НАСА, 2010 год.

[2] Курцке, Иоахим. «Как получить карты компонентов для вычислений эффективности газовой турбины самолета». Том 5: Обрабатывающие материалы и металлургия; Керамика; Структуры и динамика; Управление, диагностика и инструментирование; образование; Генерал, Американское общество инженеров-механиков, 1996, с. V005T16A001.

[3] Plencner, Robert M. «Компонент построения графиков maps in the Navy/NASA Engine Program (NNEP): A method and its usage». Технический меморандум НАСА, 1989 год.

Введенный в R2021a
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте