Компрессор

| Си |
в палитре на схеме

Блок позволяет моделировать центробежный компрессор двигателя внутреннего сгорания.

Блок считывает:
  • давление и температуру воздуха на входе и выходе компрессора;
  • частоту вращения вала турбокомпрессора.
Блок вычисляет:
  • степень повышения давления;
  • массовый расход воздуха через компрессор при текущей степени повышения давления и частоте вращения вала турбокомпрессора;
  • момент сопротивления на валу турбокомпрессора при текущем массовом расходе и КПД.

Термодинамика

В основе блока лежат следующие блоки:
  • блок Заданный расход, позволяющий задать рассчитанный массовый расход воздуха через компрессор;
  • блок Дроссель, позволяющий рассчитать массовый расход воздуха через компрессор в режимах, выходящих за границы заданной характеристики компрессора.
Формирование математической модели газовоздушной системы двигателя осуществляется путем подключения входных портов данного блока к выходным портам блоков, моделирующих полости с газом, например, блока Простой коллектор, или моделирующих граничные условия по давлению, например, блока Окружающая среда.

Подробное описание подхода к моделированию газовоздушной системы приведено на странице Термодинамика.

Прим.:
Блок предназначен для использования только внутри блока Двигатель. Допускается размещение блока как непосредственно внутри субмодели Двигатель, так и внутри субмоделей любого уровня вложенности внутри блока Двигатель.

Характеристика компрессора

Характеристика компрессора задается с помощью семейства изотах - характеристик компрессора при постоянной частоте вращения вала турбокомпрессора, которые представляются в виде зависимостей корректированного массового расхода G и КПД η от степени повышения давления PR. Кривые (изотахи) G(PR) и η(PR) задаются в виде массива абсцисс и массива ординат. Для задания семейства изотах при разных частотах вращения массивы абсцисс и ординат объединяются в матрицы, где каждая строка матрицы содержит массив абсцисс или ординат при определенной частоте вращения (изотахе). Для этого используется следующий набор свойств блока:
  • Массив корректированных частот вращения вала турбокомпрессора размерностью NRPM, задающий частоты вращения для семейства изотах.
  • Матрица степеней повышения давления размерностью NRPM×NPR. Строки матрицы задают массивы степеней повышения давления при частоте вращения вала турбокомпрессора (изотахе), соответствующей номеру строки.
  • Матрица корректированных массовых расходов через компрессор размерностью NRPM×NPR. Элементы матрицы задают корректированный массовый расход через компрессор при частоте вращения вала турбокомпрессора (изотахе), соответствующей номеру строки, и степени повышения давления с соответствующими номерами строки и столбца.
  • Матрица КПД размерностью NRPM×NPR. Элементы матрицы задают КПД компрессора при частоте вращения вала турбокомпрессора (изотахе), соответствующей номеру строки, и степени повышения давления с соответствующими номерами строки и столбца.
Схематично семейство изотах при разных частотах вращения RPM приведено на рисунке ( Рисунок 1 ).


Рис. 1. Семейство изотах

Корректированная частота вращения определяется как:

где RPM - фактическая частота вращения вала турбокомпрессора, об/мин; Tin - температура воздуха на входе в компрессор, К.

Корректированный массовый расход определяется как:

где G - фактический массовый расход, кг/с; Pin - давление воздуха на входе в компрессор, Па.

В процессе сжатия воздуха компрессор совершает над ним работу, мощность которой определяется как:

где Rin - газовая постоянная воздуха на входе в компрессор; Kin - показатель адиабаты воздуха на входе в компрессор; Pout - давление воздуха на выходе из компрессора, Па; η - КПД компрессора.

Момент сопротивления на валу турбокомпрессора определяется как:

На холостом ходу и в других режимах, выходящих за границы заданной характеристики компрессора, к массовому расходу воздуха через компрессор, рассчитанному согласно характеристике, прибавляется массовый расход течения воздуха через входное отверстие компрессора, аналогично расчету массового расхода в блоке Дроссель.

База данных сигналов

Блок позволяет записывать значения параметров в базу данных сигналов в случае, если свойство "Имя группы в базе данных" не пустое, и группа с заданными именем присутствует в базе данных. Имена и типы данных сигналов соответствуют именам и типам данных параметров блока. Рекомендуется создавать группы категории Турбокомпрессор, содержащейся в файле базы данных, автоматически подключаемой к проекту блоком Двигатель. Подробное описание списка записываемых сигналов, их типов данных и других особенностей взаимодействия блока с базой данных приведено на странице Запись параметров в базу данных.

Входные порты

Имя Описание Тип линии связи
flow_in Порт, соответствующий входному отверстию компрессора ДВС - Термодинамическая
flow_out Порт, соответствующий выходному отверстию компрессора ДВС - Термодинамическая
rotor Порт для подключения блока Вал ТК Механика вращательная

Выходные порты

Блок не имеет выходных портов.

Свойства

Название Имя Описание По умолчанию Тип данных
Компрессор Группа свойств, позволяющих задать характеристику компрессора
Корректированная частота вращения (массив), об/мин RPM_Array Массив корректированных частот вращения вала турбокомпрессора, задающий частоты вращения для семейства изотах […] Массив
Степень повышения давления (матрица) PR_Matrix Матрица степеней повышения давления компрессора, строки которой задают характеристику компрессора на одной изотахе [[…]] Матрица
Корректированный массовый расход (матрица), кг/с G_Matrix Матрица корректированных массовых расходов компрессора, строки которой задают характеристику компрессора на одной изотахе [[…]] Матрица
КПД компрессора (матрица) Nu_Matrix Матрица значений КПД компрессора, строки которой задают характеристику компрессора на одной изотахе [[…]] Матрица
Максимальный момент на валу, Нм Torque_Max Максимальное значение крутящего момента на валу турбокомпрессора, необходимое для ограничения крутящего момента при делении на нулевую частоту вращения 1000 Вещественное
Сечение Группа свойств, позволяющих задать сечение входного отверстия компрессора
Эффективное проходное сечение входного отверстия, м2 MuF Эффективное проходное сечение входного отверстия компрессора, используемое для расчета режимов работы компрессора, выходящих за границы заданной характеристики 0.0055 Вещественное
Порог перепада давления, Па P_th Перепад давления, ниже которого рассчитанный массовый расход снижается для достижения устойчивости численного решения 0.1 Вещественное
Вывод параметров Группа свойств, отвечающих за вывод параметров блока в базу данных
Имя группы в базе данных DBGroupName Имя группы в базе данных, в которую будут записываться значения параметров компрессора Строка

Параметры

Название Имя Описание Тип данных
Частота вращения, об/мин RPM Частота вращения вала турбокомпрессора Вещественное
Момент на валу, Нм Torque Момент сопротивления на валу турбокомпрессора Вещественное
Степень повышения давления PR Степень повышения давления компрессором Вещественное
Массовый расход, кг/с G Массовый расход воздуха через компрессор Вещественное
КПД Nu КПД компрессора Вещественное
Давление на входе, Па Pin Давление воздуха на входе в компрессор Вещественное
Давление на выходе, Па Pout Давление воздуха на выходе из компрессора Вещественное
Температура на входе, К Tin Температура воздуха на входе в компрессор Вещественное
Температура на выходе, К Tout Температура воздуха на выходе из компрессора Вещественное

Примеры

Примеры использования блока: