Объект: PT01PR

Библиотека: PneumaticsThermo

Имя на уровне решателя: PT01PR

Аннотация: Вентилятор с механическим портом

Обозначение:

Порты (степени свободы) компонента:

№	Обозначение порта	Тип	Наименование порта
1	Port1	PNEUMATIC	Теплогидравлический порт 1
2	Port2	PNEUMATIC	Теплогидравлический порт 2
3	Port3	MECH1D_R	Механический порт 3

Пользовательские параметры модели:

№	Параметр	Тип	Описание	Единица	Значение по умолч.
1	A_I	real	Коэффициент A области I		0.1
2	A_IV	real	Коэффициент A области III и IV		0.1
3	B_I	real	Коэффициент B области I		0.2
4	B_II	real	Коэффициент B области II и III(слева)		0.2
5	B_IV	real	Коэффициент B области IV и III (справа)		0.2
6	C_I	real	Коэффициент C области I и II (слева)		0.1
7	C_III	real	Коэффициент C области III и II (справа)		0.1
8	D	real	Диаметр элемента, м	m	0.01
9	D_I	real	Коэффициент D области I и II (слева)		0.1
10	D_III	real	Коэффициент D области III и II (справа)		0.1
11	Fluid		Имя объекта свойств среды, -		Fluid
12	L	real	Длина элемента, м	m	0.01
13	P_port1	real	Начальное давление на порту 2, Па	Pa	101325
14	P_port2	real	Начальное давление на порту 2, Па	Pa	101325
15	QN	real	Отношение расхода к числу оборотов в точке максимального КПД, м3/об	m**3/s	0.8e3
16	T_port1	real	Начальная температура на порту 1, К	K	293.15
17	T_port2	real	Начальная температура элемента, К	K	293.15
18	a_tb	real	Параметр функции КПД турбинного режима работы		0.2
19	a_vent	real	Параметр функции КПД вентиляционного режима работы		0.2
20	max_kpd_tb	real	Максимальный КПД турбинного режима работы		0.5
21	max_kpd_vent	real	Максимальный КПД вентиляционного режима работы		0.5
22	tau_max	real	Максимальный крутящий момент, кг*м^2/с^2	N*m	100

Расчетные и измеряемые величины:

№	Параметр	Описание	Единица
1	V_Pressure1	Давление на порте	Pa
2	V_SpecificEnthalpy1	Удельная энтальпия;	J/kg
3	V_Density1	Плотность рабочей среды;	kg/m**3
4	V_Temperature1	Температура рабочей среды на порте;	K
5	S_MassFlow1	Массовый расход на порте ;	kg/s
6	S_EnthalpyFlow1	Поток энтальпии на порте ;	W
7	V_Pressure2	Давление на порте	Pa
8	V_SpecificEnthalpy2	Удельная энтальпия;	J/kg
9	V_Density2	Плотность рабочей среды;	kg/m**3
10	V_Temperature2	Температура рабочей среды на порте;	K
11	S_MassFlow2	Массовый расход на порте ;	kg/s
12	S_EnthalpyFlow2	Поток энтальпии на порте ;	W
13	V_AngularSpeed3	Угловая скорость на порте ;	rad/s
14	A_AngularAcceleration3	Угловое ускорение на порте ;	rad/s**2
15	X_AngularMotion3	Угловое перемещение ;	rad
16	S_Torque3	Крутящий момент на порте ;	N*m

Пример использования компонента

Модель вентилятора с механическим портом (PT01PR)

Элемент моделирует вентилятор (компрессор), преобразующий механическую энергию вращения в энергию потока газа. Учитывает характеристические кривые в различных областях работы, КПД вентиляторного и турбинного режимов, максимальный крутящий момент, а также параметры рабочей среды. Используется в пневматических и термодинамических системах для моделирования вентиляторов, компрессоров, турбин и других лопаточных машин.

Зависимость объемного расхода от перепада давлений с 0 до 50000 Па при угловой скорости 1000 рад/с.

Начальные данные:

Параметры модели (PT01PR1)

A_IV = 1e-1 - Коэффициент А области III и IV

B_II = 1e3 - Коэффициент В области II и III (слева)

A_I = 1e-1 - Коэффициент А области I

B_I = 1e3 - Коэффициент В области I

B_IV = 1e3 - Коэффициент В области IV и III (справа)

C_I = 1e-1 - Коэффициент С области I и II (слева)

D_I = 1e3 - Коэффициент D области I и II (слева)

D_III = 1e3 - Коэффициент D области III и II (справа)

C_III = 1e-1 - Коэффициент С области III и II (справа)

QN = 0.001 - Отношение расхода к числу оборотов в точке максимального КПД, м^3/об

max_kpd_vent = 0.1 - Максимальный КПД вентиляционного режима

a_vent = 0.2 - Параметр функции КПД вентиляционного режима

max_kpd_tb = 0.1 - Максимальный КПД турбинного режима

a_tb = 0.2 - Параметр функции КПД турбинного режима

tau_max = 100 - Максимальный крутящий момент, кг*м²/с^2

D = 0.01 - Диаметр элемента, м

L = 0.01 - Длина элемента, м

P_port1 = 101300 - Начальное давление на порту 1, Па

T_port1 = 300 - Начальная температура на порту 1, К

P_port2 = 101300 - Начальное давление на порту 2, Па

T_port2 = 300 - Начальная температура на порту 2, К

Fluid = DryAir - Имя объекта свойств среды (воздух)

Параметры источника скорости SW01

C = 1000 - Угловая скорость, рад/с

Параметры клапана (PT01VS1)

K = 1

R = 0.1

P0 = 101300

T0 = 300

Fluid = DryAir

Параметры инерционного элемента (M1D1)

M = 1.0 кг

Параметры граничных условий

PT1SPT1: P = 101300 Па, T = 300 К

PT2SPT1: P = 101300 Па, T = 300 К

TrapeziumSource1: VL = 101300, VH = 151300, D = 0.0, FT = 2.0, HT = 5.0, BT = 0.0, CT = 0.0

Датчики

PT01DS1, PT01DS2: датчики плотности, k = 1, Fluid = DryAir

PT01MF1: датчик массового расхода, D = 0.01, L = 0.1, k = 1, R = 1e-9, P0 = 101300, T0 = 300, Fluid = DryAir

Параметры интегрирования

end = 5 с, control = 1e-3, dabs = 0.1

Схема тестирования:

Схема содержит вентилятор PT01PR1 с механическим портом, который приводится во вращение от источника угловой скорости SW01 с сигналом C = 1000 рад/с. На входе и выходе вентилятора установлены граничные условия PT1SPT1 и PT2SPT1 с давлением 101300 Па и температурой 300 К. Перепад давлений на вентиляторе создаётся трапециевидным источником TrapeziumSource1, который изменяет давление от 101300 до 151300 Па (перепад до 50000 Па). Клапан PT01VS1 и инерционный элемент M1D1 включены в схему для обеспечения устойчивости и моделирования динамики. Измеряются плотности, массовый расход и объемный расход (Qv_real).

Результат:

Тип на характеристической кривой 2. Объемный расход определяется по формуле:

\[\begin{split}\begin{gathered} Q_v = \sqrt{\frac{A_1 \cdot \omega^2 - \Delta P}{B_1}} \\[1em] \text{где:} \\ A_1 = 0.1, \quad \omega = 1000\ \text{рад/с}, \quad B_1 = 1000, \quad \Delta P = 50000\ \text{Па} \\[1em] Q_v = \sqrt{\frac{0.1 \cdot 1000000 + 50000}{1000}} \approx 12.24\ \text{м}^3/\text{с} \end{gathered}\end{split}\]

Объемный расход равен массовому расходу на порту 1, делённому на среднюю плотность на портах 1 и 2. При максимальном перепаде Qv ≈ 12.24 м³/с.

На графике Qqv показано изменение объемного расхода во времени: расход линейно возрастает от 10 до 12.24 м³/с за 2 секунды (время переднего фронта трапециевидного сигнала), после чего остаётся постоянным. Это подтверждает корректность работы модели вентилятора с механическим портом.

Схема теста

Рисунок 1 - Схема теста

График результата теста

Рисунок 2 - Объемный расход Qqv