Библиотека Тепловой Жидкости расширяет возможности моделирования жидкости Simscape™. С помощью этой библиотеки вы можете принять во внимание термальные эффекты в гидросистеме. Для примера можно смоделировать эффект потепления вязкого рассеяния в трубопровод. Вы также можете принять во внимание температурную зависимость свойств жидкости, например, плотность и вязкость.
Чтобы решить, соответствуют ли блоки Тепловой Жидкости вашим потребностям моделирования, рассмотрите гидросистему, которую вы пытаетесь представлять. Другие блоки Simscape, такие как Гидравлическая или Двухфазная Жидкость, могут лучше подойти вашему приложению. Оцените следующее:
Количество фаз
Является ли текучая среда одной фазы или многофазной?
Соответствующие фазы
Является ли текучая среда газом, жидкостью или многофазной смесью?
Термальные эффекты
Изменяется ли температура значительно во временной шкале симуляции? Важны ли термальные эффекты для анализа? Важны ли температурные зависимости свойств жидкости?
Как правило, используйте блоки Тепловой Жидкости для гидросистем, в которых однофазная жидкость испытывает значительные изменения температуры.
Предлагаемый рабочий процесс для моделей тепловой жидкости включает четыре шага:
Установите требования модели - Определите цель и возможности модели. Затем идентифицируйте соответствующие компоненты и взаимодействия в модели. Используйте эту информацию в качестве руководства при построении модели.
Моделируйте физические компоненты - Определите соответствующие блоки для моделирования соответствующих компонентов и взаимодействий. Затем добавьте блоки к холсту модели и соедините их согласно правилам подключения Simscape. Задайте параметры блоков.
Подготовьте модель к анализу - Добавьте датчики к модели. Кроме того, сконфигурируйте модель для логгирования данных Simscape. Проверяйте физические единицы измерения каждой переменной.
Запуск симуляции - настройте настройки решателя. Затем запустите симуляцию. При необходимости уточните модель до достижения требуемого уровня точности.
Основой хорошей модели является четкое понимание ее назначения и требований. Что вы пытаетесь выполнить с моделью? Каковы соответствующие компоненты, процессы и состояния? Определите, что необходимо, а что нет. Начните просто, используя грубое приближение физической системы в качестве руководства. Затем итерационно добавьте детали, чтобы достичь верности соответствующей модели для вашего приложения.
Примером может служить теплоизолированный нефтепровод, заглубленный под землю. Когда нефть течет по трубопроводу, она испытывает проводящие потери тепла из-за окружения трубопровода охладителя. Тепло течет через три слоя материала - стенку трубопровода, изолятор и почву, вызывая падение температуры масла. Однако имеет значение только проводимость по почве и слоям инсуланта. Типичная стенка трубопровода тонкая и проводящая, и ее эффект на проводящие потери тепла в лучшем случае минимален. Опускание этого процесса упрощает модель и ускоряет симуляцию.
Необходимо также определить размерности и свойства каждого компонента. Во время моделирования эти параметры задаются в блоках Simscape для компонентов. Получите физические свойства жидкой среды. Эти данные обычно предоставляются в таблицах данных производителя. Можно также использовать аналитические выражения для определения интерполяционных таблиц физических свойств.
При моделировании трубопроводов учитывайте влияние, которое динамическая сжимаемость и инерция потока оказывают на поведение переходной системы. Если шкала времени эффекта превышает время запуска симуляции, влияние обычно незначительно. Во время моделирования отключите незначительные эффекты, чтобы улучшить скорость симуляции. Характерные временные шкалы для динамической сжимаемости и инерции потока являются приблизительно L/c и L/v, соответственно, где:
L - длина трубопровода.
v - средняя скорость потока жидкости через трубопровод.
c - скорость звука в жидкой среде.
Если вы не уверены, является ли эффект релевантным для вашей модели, моделируйте модель с этим эффектом и без него. Затем сравните два результатов симуляции. Если различие является существенной, оставьте этот эффект на месте. Результатом является большая точность модели в быстропротекающих ситуациях, например, во время переходных процессов, связанных с обращением потока в трубопроводе.
Начните с добавления блока Thermal Liquid Settings (TL) к полотну модели. Используйте этот блок, чтобы обеспечить физические свойства жидкой среды. Этот блок не требуется строго, но без него свойства жидкости сбрасываются к своим значениям по умолчанию, данным для воды. В диалоговом окне блока введите интерполяционные таблицы физических свойств, полученные на этапе планирования.
Идентифицируйте соответствующие блоки для представления физических компонентов и их взаимодействий. Компоненты могут быть простыми, требующими одного блока или сложными, требующими нескольких блоков, обычно в Simulink® Блок Subsystem. Добавьте блоки к холсту модели и соедините их в соответствии с правилами подключения Simscape.
The ssc_tl_hydraulic_fluid_warming пример показывает простые и сложные компоненты. Этот Mass Flow Rate Source (TL) представляет идеальный источник степени. Это простой компонент. Блок Double-Acting Cylinder подсистемы представляет собой механическую часть гидравлического привода. Он содержит два блока Translational Mechanical Converter (TL) и является комплексным компонентом.
После соединения блоков укажите соответствующие параметры. Они включают размерности, физические состояния, эмпирические коэффициенты корреляции и начальные условия. В Pipe (TL), Rotational Mechanical Converter (TL) и Translational Mechanical Converter (TL) блоках выберите подходящую настройку для таких эффектов, как динамическая сжимаемость и инерция потока.
Примечание
Для точных результатов симуляции всегда заменяйте значения параметров по умолчанию данными, соответствующими вашей модели.
Чтобы проанализировать модель, вы должны настроить эту модель для набора данных. Самый простой подход состоит в том, чтобы добавить блоки датчиков к модели. Библиотека Thermal Liquid предоставляет два типа блоков датчиков: один для переменных Through (масса и энергетические скорости потока жидкости), другой для переменных Across (давление и температура). При помощи блока PS-Simulink Converter можно задать физические единицы измерения переменной.
Альтернативным подходом является использование логгирования данных Simscape. Этот подход, который использует MATLAB® команды вместо блоков, обеспечивает доступ к более широкой области значений переменных модели и параметров. Одним из примеров является кинематическая вязкость жидкой среды внутри сегмента трубопровода. Можно проанализировать этот параметр, используя логгирование данных Simscape, но не блоки датчика.
Обзор логгирования данных Simscape см. в разделе О Данных моделирования Логгирования. Пример построения графика записанных данных см. в Журналах и Графиках Данных Моделирования.
Конечным шагом в рабочем процессе моделирования является моделирование модели. Прежде чем запускать симуляцию, проверяйте, что численный решатель подходит для вашей модели. Для этого используйте диалоговое окно Model Configuration Parameters.
Для физических моделей, решатели с переменным шагом, такие как ode15s обычно выполняйте лучше всего. Уменьшите размеры шага и допуски для большей точности симуляции. Увеличьте их вместо этого для более быстрой симуляции.
Запустите симуляцию. Постройте графики данных моделирования с датчиков и логгирования данных Simscape, или обработайте их для последующего анализа. При необходимости уточните модель. Для примера исправьте проблемы симуляции или улучшить точность модели.