Моделируйте трубопровод тепловой жидкости
В этом руководстве показано, как смоделировать трубопровод тепловой жидкости с приводом от насоса. Трубопроводная система содержит насос, трубопровод и два резервуара тепловой жидкости. Насос вырабатывает степень, а трубопровод перекачивает жидкость между резервуарами. Резервуары выполняют функции граничных условий давления и температуры для трубопроводной системы. Обратите внимание, что «тепловой» относится к свойствам твердой системы, в то время как «тепловой жидкости» относится к свойствам гидросистемы.
Схема трубопровода тепловой жидкости
Условия резервуара фиксируются при комнатной температуре 293,15 К и атмосферном давлении 0,101325 МПа. Температура поверхности трубопровода фиксируется при температуре 275 К. Объем жидкости трубопровода первоначально находится при комнатной температуре, но, благодаря комбинированным эффектам нагрева из-за трения и проводящего охлаждения, постепенно смещается к новому установившемуся значению. Тепловое сопротивление трубопровода является комбинацией этих конвективных и проводящих сопротивлений.
Тепловые Сопротивления Трубопровода
Блок Pipe (TL) моделирует конвективное тепловое сопротивление на внутренней поверхности трубопровода и нагревание из-за трения в тепловой жидкости. Блок Conductive Heat Transfer моделирует проводящее тепловое сопротивление между внутренней и внешней поверхностями трубопровода.
Запуск новой модели
В MATLAB® в командной строке введите
ssc_new. MATLAB открывает шаблон модели Simscape™. Этот шаблон предоставляет начальную точку для вашей модели Simscape Fluids™ и включает блок Solver Configuration, блок преобразователя Simulink-PS, блок преобразователя PS-Simulink и блок Возможностей, который позволяет вам просмотреть результаты своей симуляции. Вам не понадобится блок Simulink-PS Converter в этом примере.Сохраняйте модель часто, когда вы добавляете новые блоки.
На вкладке Simulation нажмите Library Browser. Во всплывающем окне выберите Simscape > Foundation Library > Thermal Liquid > Utilities библиотеку и перетащите блок Thermal Liquid Settings (TL) в холст модели. Этот блок определяет физические свойства тепловой жидкости, включая ее вязкость, теплопроводность и модуль объемной упругости.
Соедините блоки Solver Configuration и Thermal Liquid Settings (TL) как показано на рисунке. Блок Solver Configuration обеспечивает настройки решателя Simscape для вашей модели. Каждая физическая сеть требует блока Solver Configuration.
Моделируйте трубопровод
Откройте Library Browser. Выберите Simscape > Foundation Library > Thermal Liquid > Elements библиотеку, перетащите два блока Reservoir (TL) в холст модели. Блоки резервуаров устанавливают граничные условия давления и температуры для модели трубопровода .
Из библиотеки Simscape > Fluids > Thermal Liquid вставьте эти блоки.
Блок Библиотека Цель Pipe (TL) Pipes & Fittings Трубопровод тепловой жидкости между резервуарами Fixed-Displacement Pump (TL) Pumps & Motors Степень генерации источник Подключите блоки и проверьте свои соединения на рисунке ниже. Обратите внимание, что блоки могут быть повернуты.
Порт A блока Pipe (TL) соединяется с портом B блока Fixed-Dispacement Pump (TL).
Порт B блока Pipe (TL) соединяется с одним блоком Резервуар (TL). Это служит раковиной тепловой жидкости.
Порт A блока Насос Постоянной Производительности (TL) соединяется со вторым блоком Резервуар (TL), блоком Настройка Решателя и блоком Настройки Тепловой Жидкости (TL). Блок Резервуар служит источником тепловой жидкости.
Цвета компонентов указывают физические области, которые они представляют: желтый для тепловой жидкости, красный для тепловой и зеленый для механической вращательной. Блоки насоса и трубопровода являются многодоменными блоками, которые можно использовать для взаимодействия различных физических доменов.
В блоке Pipe (TL) установите параметр Pipe length равным
1000м. Эта длина приводит к наблюдаемым падениям давления из-за рассеяния и теплопередачи трением на стенках трубопровода.
Введение тепловой проводимости
Откройте Library Browser и вставьте эти блоки из Foundation Library Simscape >.
Блок Библиотека Цель Conductive Heat Transfer Thermal> Thermal Elements Моделирует проводящие потери тепла через стенку трубопровода к окружающему окружению Thermal Reference Thermal> Thermal Elements Обеспечивает опорную температуру для входного физического сигнала Controlled Temperature Source Thermal> Thermal Sources Действует как идеальный источник энергии и поддерживает температуру независимо от теплоты скорости потока жидкости PS Constant Physical Signals> Sources Задает температуру окружающей среды Подключите блоки и проверьте свои соединения на рисунке ниже. Обратите внимание, что блоки могут быть повернуты.
Соедините порт B блока Conductive Heat Transfer с портом H блока Pipe (TL).
Подключите порт B блока Controlled Temperature Source к порту A блока Conductive Heat Transfer.
Соедините блок PS Constant с портом S блока Controlled Temperature Source.
Соедините блок Thermal Reference с портом A блока Controlled Temperature Source.
В PS Constant Параметров блоков Window установите параметр Constant равным
275 K. Это температура окружение.В блоке Conductive Heat Transfer установите параметр Area равным
pi*0.1128*1000m 2. Это площадь поверхности трубопровода с точки зрения гидравлического диаметра,0.1128m, и длина,1000м. Значение Thermal conductivity по умолчанию для меди,401 W/(mK).
Моделируйте крутящий момент насоса
Откройте Library Browser и вставьте эти блоки из Simscape Foundation Library.
Блок Библиотека Цель Ideal Torque Source Mechanical> Mechanical Sources Устанавливает крутящий момент насоса как физический сигнал Mechanical Rotational Reference Mechanical> Rotational Elements Действует как ссылка для Идеального Источника Крутящего Момента и поддерживает физический сигнал при заданном значении PS Constant Дважды кликните пустое пространство браузера, введите PS Constant и нажмите Enter Задает крутящий момент насоса Соедините блоки и проверьте свои соединения на рисунке. Обратите внимание, что блоки могут быть повернуты.
Соедините порт R блока насоса постоянной производительности (TL), который представляет вращающийся вал насоса, с портом R блока Идеального Крутящего Момента.
Соедините порт C Идеального Исходного Блока Крутящего Момента, который представляет корпус насоса, с портом C блока Насоса Постоянной Производительности (TL) и блока Механического Привода Вращения.
Соедините порт S Идеального Исходного блока Крутящего Момента с блоком PS Constant.
В окне PS Constant Параметры Блоков установите параметр Constant равным
50 N*m.
Добавьте датчики тепловой жидкости
Откройте Library Browser и добавьте эти блоки к модели.
Блок Библиотека Цель Mass & Energy Flow Rate Sensor (TL) Simscape > Foundation Library> Thermal Liquid> Sensors Измеряет переменные Through области Тепловой Жидкости и возвращает физический сигнал PS-Simulink Converter Simscape> Utilities Преобразует физический сигнал в Simulink® сигнал Scope Simulink> Sinks Графики сигналов Simulink Соедините блоки и проверьте свои соединения на рисунке. Обратите внимание, что блоки могут быть повернуты.
Блок Pipe (TL) соединяется с резервуаром из раздела 1.5.4, который обеспечивает граничные условия давления и температуры для системы. Теперь вы добавите способ измерения потока трубопровода. Отсоедините порт B блока Pipe (TL) от блока Резервуар и соедините его с портом A блока Mass & Energy Flow Sensor (TL).
Соедините порт B блока Mass & Energy Flow Sensor с блоком Vacoir.
Соедините порт M блока Mass & Energy Flow Sensor (TL) с блоком PS-Simulink Converter.
Соедините блок PS-Simulink Converter с блоком Scope. Щелкните блок Возможностей и назовите его «Массовым расходом жидкости Возможностей».
Откройте Library Browser и добавьте эти блоки к модели. Вы также будете использовать блоки PS-Simulink Converter и Scope, которые были включены, когда вы открыли свою новую модель.
Блок Библиотека Цель Pressure & Temperature Sensor (TL) Simscape > Foundation Library> Thermal Liquid> Sensors Измеряет переменные Across области Тепловой Жидкости и возвращает физический сигнал Absolute Reference (TL) Simscape > Foundation Library> Thermal Liquid> Elements Обеспечивает ссылку, где давление и температура равны нулю Соедините блоки и проверьте свои соединения на рисунке. Обратите внимание, что блоки могут быть повернуты.
Создайте ветвь от порта B блока Mass & Energy Flow Sensor (TL) и соедините ее с портом A блока Pressure & Temperature Sensor (TL).
Подключите порт B блока Pressure & Temperature Sensor (TL) к блоку Absolute Reference.
Подключите порт T блока Pressure & Temperature Sensor (TL) к блоку PS-Simulink Converter.
Если PS-Simulink Converter еще не подключен к оставшемуся блоку Возможностей, соедините эти два блока. Щелкните этот блок Scope и назовите его «Temperature Scope».
Симулируйте модель трубопровода
Шаблон модели Simscape задает подходящие настройки решателя для этой модели. Можно запустить симуляцию, откроя вкладку Simulation и щелкнув Run > Run. После компиляции модели откройте Возможности массового расхода жидкости. Ваш график должен показать быстрое изменение скорости потока жидкости, когда тепловая жидкость переходит от состояния покоя к новой установившейся скорости.
Можно экспериментировать с другими настройками блоков и входными сигналами. Попробуйте задать значение параметра Pipe (TL) Fluid inertia блока Onи запустите свою модель. Рисунок показывает объединенные эффекты динамической сжимаемости жидкости и инерции жидкости на графике массового расхода жидкости жидкости.
