Variable-Displacement Pump (TL)

Переменное смещение двунаправленный тепловой жидкий насос

Библиотека:
Simscape / Жидкости / Тепловая Жидкость / Pumps & Motors

Описание

Блок Variable-Displacement Pump представляет устройство, которое извлекает мощность из сети вращательного механического устройства и поставляет ее тепловой жидкой сети. Перемещение насоса варьируется в процессе моделирования согласно входу физического сигнала, заданному в порте D.

Порты A и B представляют входные отверстия насоса. Порты R и C представляют приводной вал и случай. Во время нормального функционирования перепад давления от порта A до порта B положителен, если скорость вращения в порте R относительно порта C положительна также. Этот режим работы упомянут здесь как прямой насос.

Режимы работы

Блок имеет восемь режимов работы. Рабочий режим зависит от перепада давления от порта A до порта B, Δp = p _B – p _A; скорость вращения, ω = ω _R – ω _C; и жидкое объемное смещение в порте D. Фигура выше сопоставляет эти режимы с октантами Δp-ω-D график:

Режим 1, Прямой насос: Положительная угловая скорость вала вызывает увеличение давления от порта A до порта B, и теките из порта A к порту B.
Режим 2, Реверсивный мотор: Теките из порта B к причинам порта A уменьшение давления от B до A и отрицательной угловой скорости вала.
Режим 3, Реверсивный насос: Отрицательная угловая скорость вала вызывает увеличение давления от порта B до порта A, и теките из B к A.
Режим 4, Прямое движение: Теките из порта A к причинам B уменьшение давления от A до B и положительной угловой скорости вала.
Режим 5, Реверсивный мотор: Теките из порта B к причинам порта A уменьшение давления от B до A и положительной угловой скорости вала.
Режим 6, Прямой насос: Отрицательная угловая скорость вала вызывает увеличение давления от A до B, и теките из A к B.
Режим 7, Прямое движение: Теките из порта A к причинам B уменьшение давления от A до B и отрицательной угловой скорости вала.
Режим 8, Реверсивный насос: Положительная угловая скорость вала вызывает увеличение давления от порта B до порта A, и теките из B к A.

Время отклика насоса рассматривается незначительным по сравнению со временем отклика системы. Насос принят, чтобы достигнуть устойчивого состояния почти мгновенно и обработан как квазиустойчивый компонент.

Энергетический баланс

Механизированный труд, сделанный насосом, сопоставлен с энергетическим обменом. Управляющее энергетическое уравнение баланса:

$ϕ_{A} + ϕ_{B} + P_{h y d r o} = 0,$

где:

Φ _A и Φ _B является энергетическими скоростями потока жидкости в портах A и B, соответственно.
_Гидро P является гидравлической мощностью насоса. Это - функция перепада давлений между портами насоса: $P_{h y d r o} = Δ p \frac{\dot{m}}{ρ}$ .

Механическая энергия произведена должная закрутить, τ, и скорость вращения, ω:

$P_{m e c h} = τ ω .$

Скорость потока жидкости и крутящий момент

Массовый расход жидкости, сгенерированный на заправке,

$\dot{m} = {\dot{m}}_{Идеал} - {\dot{m}}_{Утечка},$

где:

$\dot{m}$ фактический массовый расход жидкости.
${\dot{m}}_{Ideal}$ идеальный массовый расход жидкости.
${\dot{m}}_{Leak}$ внутренняя утечка mas скорость потока жидкости.

Приводной крутящий момент, необходимый для работы насоса

$τ = τ_{Ideal} + τ_{Friction},$

где:

τ является фактическим ведущим крутящим моментом.
_Идеал τ является идеальным ведущим крутящим моментом.
_Трение τ является моментом трения.

Идеальная скорость потока жидкости и идеальный крутящий момент

Идеальный массовый расход жидкости

${\dot{m}}_{Ideal} = ρ D_{Sat} ω,$

и идеальный крутящий момент мотора

$τ_{Ideal} = D_{Sat} Δ p,$

где:

ρ является средним значением плотности жидкости в тепловых гидравлических портах A и B.
D _{Находился}, сглаживавшее смещение, вычисленное, чтобы удалить числовые разрывы между отрицательными и прямыми вытеснениями.
ω является угловой скоростью вала.
Δp является перепадом давления между входным и выходным отверстиями.

Смещение насыщения задано как:

$D_{Sat} = {\begin{array}{l} \sqrt{D^{2} + D_{'Порог'}^{2}}, & D \geq 0 \\ - \sqrt{D^{2} + D_{'Порог'}^{2}}, & D < 0 \end{array} .$

где:

D является перемещением, определенным в порте D физического сигнала.
_Порог D является заданным значением параметров блоков Displacement threshold for motor-pump transition.

Leakage and friction parameterization

Можно параметрировать утечку и трение аналитически, с помощью сведенных в таблицу КПД или потерь, или входными КПД или ввести потери.

Аналитичный

Когда вы устанавливаете Leakage and Friction Parameterization на Analytical, уровень утечек

${\dot{m}}_{Leak} = \frac{K_{HP} ρ_{Avg} Δ p}{μ_{Avg}},$

и момент трения

$τ_{Friction} = (τ_{0} + K_{TP} | Δ p | \frac{| D_{Sat} |}{D_{Nom}} tanh \frac{4 ω}{(5 e - 5) ω_{Nom}}),$

где:

K _HP является коэффициентом Хагена-Пуазейля для ламинарных течений в трубе. Этот коэффициент вычисляется из заданных номинальных параметров.
μ является динамической вязкостью тепловой жидкости, взятой здесь в качестве среднего значения ее значений в тепловых гидравлических портах.
k является моментом трения по сравнению с коэффициентом перепада давления в номинальном смещении, которое определяется из Mechanical efficiency at nominal conditions, _ηm,nom:

$k = \frac{τ_{f r, n o m} - τ_{0}}{Δ p_{n o m}} .$
_τfr,nom является моментом трения при номинальных условиях:

$τ_{f r, n o m} = (\frac{1 - η_{m, n o m}}{η_{m, n o m}}) D_{n o m} Δ p_{n o m} .$
_Имя Δp является заданным значением параметров блоков Nominal pressure drop. Это - перепад давления, при котором задан номинальный объемный КПД.
_Имя D является заданным значением параметров блоков Nominal Displacement.
τ ₀ является заданным значением параметров блоков No-load torque.
_Имя ω является заданным значением параметров блоков Nominal shaft angular velocity.

Коэффициент Хагена-Пуазейля определяется из номинальных параметров компонента жидкости уравнением

$K_{HP} = \frac{D_{Nom} ω_{Nom} μ_{Nom} (1 - η_{v,Nom})}{Δ p_{Nom}},$

где:

_Имя ω является заданным значением параметра Nominal shaft angular velocity. Это - скорость вращения, при которой задан номинальный объемный КПД.
_Имя μ является заданным значением параметров блоков Nominal Dynamic viscosity. Это - динамическая вязкость, при которой задан номинальный объемный КПД.
η _{v, Имя} является заданным значением параметров блоков Volumetric efficiency at nominal conditions. Это - объемный КПД, соответствующий заданным номинальным условиям.

Сведенные в таблицу КПД

Когда вы устанавливаете Leakage and friction parameterization на Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies, уровень утечек

${\dot{m}}_{Leak} = {\dot{m}}_{Просочитесь, Насос} \frac{(1 + α)}{2} + {\dot{m}}_{Утечка, Двигатель} \frac{(1 - α)}{2},$

и момент трения

$τ_{Friction} = τ_{Friction,Pump} \frac{1 + α}{2} + τ_{Friction,Motor} \frac{1 - α}{2},$

где:

α является числовым параметром сглаживания для перехода режима мотор-насос.
${\dot{m}}_{Leak,Motor}$ расход утечек в моторном режиме.
${\dot{m}}_{Leak,Pump}$ уровень утечек в режиме насоса.
_Трение τ_{, Двигатель} является моментом трения в моторном режиме.
_Трение τ_{, Насос} является моментом трения в режиме насоса.

Параметр сглаживания α дан гиперболической функцией тангенса

$α = tanh (\frac{4 Δ p}{Δ p_{Threshold}}) \cdot tanh (\frac{4 ω}{ω_{Threshold}}) \cdot \tanh (\frac{4 D}{D_{Threshold}}),$

где:

_Порог Δp является заданным значением параметров блоков Pressure gain threshold for pump-motor transition.
_Порог ω является заданным значением параметров блоков Angular velocity threshold for pump-motor transition.
_Порог D является заданным значением параметров блоков Angular velocity threshold for motor-pump transition.

Уровень утечек вычисляется от объемного КПД, количество, которое задано в табличной форме по Δp –ɷ–D область через параметры блоков Volumetric efficiency table. При работе в режиме насоса (квадранты 1 и 3 Δp –ɷ–D график, показанный в карте Режимов работы), уровень утечек:

${\dot{m}}_{Leak,Pump} = (1 - η_{v}) {\dot{m}}_{Идеал},$

то, где η _v является объемным КПД, получило или интерполяцией или экстраполяцией табличных данных. Точно так же при работе в моторном режиме (квадранты 2 и 4 Δp –ɷ–D график), уровень утечек:

${\dot{m}}_{Leak,Motor} = - (1 - η_{v}) \dot{m} .$

Момент трения так же вычисляется от механического КПД, количество, которое задано в табличной форме по Δp –ɷ–D область через параметры блоков Mechanical efficiency table. При работе в режиме насоса (квадранты 1 и 3 Δp –ɷ–D график):

$τ_{Friction,Pump} = (1 - η_{m}) τ,$

то, где η _m является механическим КПД, получило или интерполяцией или экстраполяцией табличных данных. Точно так же при работе в моторном режиме (квадранты 2 и 4 Δp –ɷ–D график):

$τ_{Friction,Motor} = - (1 - η_{m}) τ_{Ideal} .$

Сведенные в таблицу потери

Когда вы устанавливаете Leakage and friction parameterization на Tabulated data - volumetric and mechanical losses, утечка (объемная) скорость потока жидкости задана непосредственно в табличной форме по Δp –ɷ–D область:

$q_{Leak} = q_{Leak} (Δ p, ω, D_{Sat}) .$

Массовый расход жидкости из-за утечек вычисляется из объемного расхода:

${\dot{m}}_{Leak} = ρ q_{Leak} .$

Момент трения так же задан в табличной форме:

$τ_{Friction} = τ_{Friction} (Δ p, ω, D_{Sat}),$

где _Утечка q (Δp, ω) и _Трение τ (Δp, ω) является объемными и механическими потерями, полученными посредством интерполяции или экстраполяции табличных данных, заданных через параметры блоков Mechanical loss table и Volumetric loss table.

Input efficiencies

Когда вы устанавливаете Leakage and friction parameterization на Input signal - volumetric and mechanical efficiencies, расчет расхода утечки и момента трения кручения идентичен Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies установка. Объемные и механические интерполяционные таблицы КПД заменяются входными параметрами физического сигнала, которые вы задаете через порты EV и EM.

КПД являются положительными количествами со значением между 0 и 1. Входные значения за пределами этих границ установлены равные связанному самому близкому (0 для входных параметров, меньших, чем 0, 1 для входных параметров, больше, чем 1). Другими словами, сигналы КПД насыщаются в 0 и 1.

Введите потери

Когда вы устанавливаете Leakage and friction parameterization на Input signal - volumetric and mechanical efficiencies, расчет расхода утечки и момента трения кручения идентичен Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies установка. Объемные и механические интерполяционные таблицы потерь заменяются входными параметрами физического сигнала, которые вы задаете через порты LV и LM.

Блок игнорирует знак входа. Блок устанавливает знаки автоматически от условий работы, установленных в процессе моделирования — более точно от Δp –ɷ квадрант, в котором компонент, оказывается, действует.

Допущения и ограничения

Сжимаемость жидкости незначительна.
Нагрузки на валу мотора от инерции, трения и сил упругости незначительны.

Переменные

Используйте вкладку Variables, чтобы установить приоритет и начальные целевые значения для переменных в блоках до симуляции. Для получения дополнительной информации смотрите Приоритет Набора и Начальную Цель для Переменных в блоках.

Порты

Входной параметр

развернуть все

`D` — Рабочий объем, cm^3/rev
физический сигнал

Входной порт физического сигнала для объема жидкости переместил вращение. Функция сглаживания упрощает переход между положительными и отрицательными входными значениями.

`EV` — Объемный КПД, безразмерный
физический сигнал

Входной порт физического сигнала для объемного КПД. Входной сигнал имеет верхнюю границу в значении параметров Maximum volumetric efficiency и нижнюю границу в значении параметров Minimum volumetric efficiency.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Leakage and friction parameterization на Input signal - volumetric and mechanical efficiencies.

`EM` — Механический КПД, безразмерный
физический сигнал

Входной порт физического сигнала для механического КПД. Входной сигнал имеет верхнюю границу в значении параметров Maximum mechanical efficiency и нижнюю границу в значении параметров Minimum mechanical efficiency.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Leakage and friction parameterization на Input signal - volumetric and mechanical efficiencies.

`LV` — Объемные потери, м^3/c
физический сигнал

Входной порт физического сигнала за объемную потерю, заданную как уровень внутренних утечек между входными отверстиями насоса.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Leakage and friction parameterization на Input signal - volumetric and mechanical losses.

`LM` — Механические потери, N*m
физический сигнал

Входной порт физического сигнала за механическую потерю, заданную как момент трения на вращающемся вале насоса.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Leakage and friction parameterization на Input signal - volumetric and mechanical losses.

Сохранение

развернуть все

`A` — Входное отверстие насоса
тепловая жидкость

Тепловой жидкий порт сохранения сопоставлен с входным отверстием насоса.

`B` — Выход насоса
тепловая жидкость

Тепловой жидкий порт сохранения сопоставлен с выходом насоса.

`C` — Накачайте случай
вращательное механическое устройство

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен со случаем насоса.

`R` — Вал насоса
вращательное механическое устройство

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с вращательным валом насоса.

Параметры

развернуть все

`Leakage and friction parameterization` — Параметризация уровня утечек и момента трения
`Analytical` (значение по умолчанию) | `Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies` | `Tabulated data - volumetric and mechanical losses` | `Input signal - volumetric and mechanical efficiencies` | `Input signal - volumetric and mechanical losses`

Метод, чтобы вычислить потери скорости потока и крутящего момента из-за внутренних утечек и трения. Когда вы выбираете Analytical, параметры блоков общедоступны из таблиц данных компонента. Когда вы выбираете Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies или Tabulated data - volumetric and mechanical losses, блок использует интерполяционные таблицы, чтобы сопоставить перепад давления, скорость вращения и смещение к КПД или потерям компонента.

Когда вы выбираете Input signal - volumetric and mechanical efficiencies или Input signal - volumetric and mechanical losses, блок выполняет расчет расхода утечки и момента трения кручения то же самое как Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies или Tabulated data - volumetric and mechanical losses настройки, соответственно, и блок включают порты физического сигнала, EV и EM. Вы используете эти порты, чтобы задать объемный и механический КПД.

`Nominal displacement` — Смещение, в котором можно задать объемный КПД
30 `cm^3/rev` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Жидкое смещение для данного объемного КПД. Эти значения обычно доступны в стандартных условиях работы в таблице данных производителя. Блок использует этот параметр, чтобы вычислить уровень утечек и момент трения.

`Nominal shaft angular velocity` — Угловая скорость вала для данного объемного КПД
188 `rpm` (значение по умолчанию) | скаляр

Угловая скорость вращения вала, которая соответствует данному объемному КПД. Эти значения обычно доступны в стандартных условиях работы в таблице данных производителя. Блок использует этот параметр, чтобы вычислить уровень утечек и момент трения.