Компрессор в термодинамическом цикле
Simscape / Жидкости / Газ / Турбомашины
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 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, 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.
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.
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.
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
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:
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.
[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.
