Compressor (G)
Компрессор в термодинамическом цикле
- Библиотека:
Simscape / Жидкости / Газ / Турбомашины
Описание
Блок Compressor (G) моделирует динамический компрессор, такой как центробежный или осевой компрессор, в газовой сети. Можно параметрировать блок аналитически или сведенной в таблицу картой компрессора. Жидкость, текущая из порта A к порту B, генерирует крутящий момент. Порт R сообщает о крутящем моменте вала и скорости вращения относительно порта C, который сопоставлен с преобразованием регистра компрессора.
В параметризации табличных данных, поле скачка, отношении между отношением давления скачка в данном массовом расходе жидкости и отношением давления рабочей точки минус 1, выводится в порте SM.
Точка проекта компрессора является намеченным операционным законченным отношением давления и массовый расход жидкости через компрессор в процессе моделирования. Рабочая точка компрессора и точка максимальной производительности не должны совпадать.
Карта компрессора
Карта компрессора изображает эффективность компрессора в зависимости от отношения давления, давление выхода компрессора на входное давление и откорректированный массовый расход жидкости. Карта строит изэнтропический КПД компрессора между двумя экстремальными значениями дросселируемого потока и потока скачка. Карты компрессора используют β линии, чтобы оценить эффективность в интервал через скорости вала. Дросселируемый поток соответствует β = 0, и поток скачка соответствует β = 1. Линии β перпендикулярны линиям постоянной скорости вала компрессора, N, которые также корректируются для изменений давления и температуры в компрессоре.
Из-за больших изменений в давлении и температуре в компрессоре, карта компрессора строит эффективность в терминах откорректированного массового расхода жидкости. Откорректированный массовый расход жидкости настроен от входного массового расхода жидкости с откорректированным давлением и откорректировал температуру:
где:
A является массовым расходом жидкости в порте A.
TA является температурой в порте A.
Tcorr является Reference temperature for corrected flow. При использовании сведенной в таблицу карты компрессора поставщик данных задает это значение. При использовании аналитической параметризации это - температура, при которой отношение массового расхода жидкости отношения давления в области значений температур сходится к одной линии тренда.
corr является откорректированным массовым расходом жидкости.
Когда Parameterization установлен в
Analytical, это - Corrected mass flow rate at design point.Когда Parameterization установлен в
Tabulated, это выведено из Corrected mass flow rate table, mdot(N,beta).pA является давлением в порте A.
pcorr является Reference pressure for corrected flow. При использовании сведенной в таблицу карты компрессора поставщик данных задает это значение. При использовании аналитической параметризации это - давление, при котором отношение массового расхода жидкости отношения давления в области значений давлений сходится к одной линии тренда.
Крутящий момент вала
Крутящий момент вала, τ, вычисляется как:
где:
Δhtotal является общим изменением в жидкой определенной энтальпии.
ηm является компрессором Mechanical efficiency.
ω является относительной угловой скоростью вала, ωR - ωC.
Обратный поток, от B до A, находится вне типичного режима работы компрессора, и точные результаты не должны ожидаться. Пороговая область, когда нуль подходов потока гарантирует, что никакой крутящий момент не сгенерирован, когда скорость потока жидкости является близким нулем или инвертированный.
Параметризация Analytical
Если у вас нет сведенных в таблицу доступных данных компрессора, можно смоделировать отношение давления компрессора, откорректированный массовый расход жидкости и изэнтропический КПД аналитически. Аналитический метод не использует β линии, и блок не сообщает о поле скачка.
Отношение давления на данной скорости вала и массовом расходе жидкости вычисляется как:
где:
πD является Pressure ratio at design point.
нормированная откорректированная скорость вала,
где ND является Corrected speed at design point.
нормированный откорректированный массовый расход жидкости,
где 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 пересекают позвоночник перпендикулярно. Позвоночник и переменные линии скорости являются настраиваемыми параметрами, которые могут быть настроены для различных показателей производительности.
Карта компрессора значения по умолчанию параметризации Analytical
Когда Efficiency specification установлен в Analytical, КПД компрессора переменной моделей блока как:
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.
нормированное откорректированное отношение давления,
где πD является Corrected pressure ratio at design point.
0 является нормированным откорректированным массовым расходом жидкости, в котором компрессор достигает своего Maximum isentropic efficiency.
Переменные КПД являются настраиваемыми параметрами, которые можно настроить для различных показателей производительности. a измеряет отношение между рабочей точкой и точкой максимальной производительности. Когда Δa = 0, компрессор действует при максимальной производительности.
В качестве альтернативы можно смоделировать постоянный КПД путем присвоения Constant efficiency value.
Параметризация табличных данных
Когда Parameterization установлен в Tabulated, компрессор изэнтропический КПД, отношение давления и откорректированный массовый расход жидкости является функцией откорректированной скорости, N, и индекса карты, β. Блок использует линейную интерполяцию между точками данных для КПД, отношения давления и откорректированных параметров массового расхода жидкости.
Если условия симуляции превышают β = 1, поток скачка моделируется: отношение давления остается в своем значении в β = 1, в то время как массовый расход жидкости продолжает изменяться. Если условия симуляции падают ниже β = 0, дросселируемый поток моделируется: массовый расход жидкости остается в своем значении в β = 0, в то время как отношение давления продолжает изменяться. Чтобы ограничить эффективность компрессора в контурах карты, блок экстраполирует изэнтропический КПД к самой близкой точке.
Можно выбрать, чтобы уведомить, когда отношение давления рабочей точки превышает отношение давления скачка. Установите Report when static margin is negative на Warning получить предупреждение или к Error остановить симуляцию, когда это происходит.
Визуализация карты компрессора блока
Чтобы визуализировать блок-диаграмму, щелкните правой кнопкой по блоку и выберите Fluids> Plot Compressor Map Characteristics.
Каждый раз вы изменяете настройки блока, нажимаете Apply в нижней части диалогового окна, затем нажимаете Reload Data на окне рисунка.
Сведенная в таблицу карта компрессора значения по умолчанию параметризации
Уравнения неразрывности
Масса сохраняется по блоку:
где B является массовым расходом жидкости в порте B.
Энергетический баланс в блоке вычисляется как:
где:
ΦA является энергетической скоростью потока жидкости в порте A.
ΦB является энергетической скоростью потока жидкости в порте B.
Pfluid является гидравлической мощностью, обеспеченной жидкости, которая определяется из изменения в общей жидкой определенной энтальпии:
Допущения и ограничения
Вал не вращается при обратных условиях потока. Результаты во время обратных потоков не могут быть точными.
Блок только модели динамические компрессоры.
Успешная инициализация симуляции требует умеренно точного входа давления.
Порты
Сохранение
Вывод
Параметры
Примеры модели
Ссылки
[1] Greitzer, E. M. и др. “Проекты Концепции Самолета N+3 и Торговые Исследования. Объем 2: Приложения – Методологии проектирования для Аэродинамики, Структур, Веса и Термодинамических циклов”. Технический отчет НАСА, 2010.
[2] Kurzke, Джоаким. "Как Получить Карты Компонента для Вычислений Эффективности Газовой турбины Самолета". Объем 5: Производство Материалов и Металлургии; Керамика; Структуры и Динамика; Средства управления, Диагностика и Инструментирование; Образование; Общее, Американское общество инженеров-механиков, 1996, p. V005T16A001.
[3] Plencner, Роберт М. “Компонент построения графиков сопоставляет в Программе Engine Navy/NASA (NNEP): метод и его использование”. НАСА Технический Меморандум, 1989.