Турбина

| Си |
в палитре на схеме

Блок позволяет моделировать центростремительную турбину двигателя внутреннего сгорания.

Блок считывает:
  • давление и температуру отработавших газов на входе и выходе турбины;
  • частоту вращения вала турбокомпрессора.
Блок вычисляет:
  • степень расширения;
  • массовый расход отработавших газов через турбину при текущей степени расширения и частоте вращения вала турбокомпрессора;
  • крутящий момент на валу турбокомпрессора при текущем массовом расходе и КПД.

Термодинамика

В основе блока лежат следующие блоки:
  • блок Заданный расход, позволяющий задать рассчитанный массовый расход отработавших газов через турбину;
  • блок Дроссель, позволяющий рассчитать массовый расход отработавших газов через турбину в режимах, выходящих за границы заданной характеристики турбины.
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 турбины

Характеристика турбины задается с помощью семейства изотах - характеристик турбины при постоянной частоте вращения вала турбокомпрессора, которые представляются в виде зависимостей приведенного массового расхода G и КПД η от степени расширения 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 приведенных частот вращения вала турбокомпрессора размерностью NRPM, задающий частоты вращения для семейства изотах.
  • Матрица степеней расширения размерностью NRPM×NPR. Строки матрицы задают массивы степеней расширения при частоте вращения вала турбокомпрессора (изотахе), соответствующей номеру строки.
  • Матрица приведенных массовых расходов через турбину размерностью NRPM×NPR. Элементы матрицы задают приведенный массовый расход через турбину при частоте вращения вала турбокомпрессора (изотахе), соответствующей номеру строки, и степени расширения с соответствующими номерами строки и столбца.
  • Матрица КПД размерностью NRPM×NPR. Элементы матрицы задают КПД турбины при частоте вращения вала турбокомпрессора (изотахе), соответствующей номеру строки, и степени расширения с соответствующими номерами строки и столбца.
Схематично семейство изотах при разных частотах вращения RPM приведено на рисунке (Рисунок 1 ).


Рис. 1. Семейство изотах

Приведенная частота вращения определяется как:

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

Приведенный массовый расход определяется как:

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

В процессе расширения отработавших газов совершается работа, мощность которой определяется как:

где Rin - газовая постоянная отработавших газов на входе в турбину; Kin - показатель адиабаты отработавших газов на входе в турбину; Pout - давление отработавших газов на выходе из турбины, Па; η - КПД турбины.

Крутящий момент на валу турбокомпрессора определяется как:

На холостом ходу и в других режимах, выходящих за границы заданной характеристики турбины, к массовому расходу отработавших газов через турбину, рассчитанному согласно характеристике, прибавляется массовый расход течения отработавших газов через выходное отверстие турбины, 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 турбины ДВС - Термодинамическая
flow_out Порт, соответствующий выходному отверстию турбины ДВС - Термодинамическая
rotor Порт для подключения блок Вал ТК Механика вращательная

Выходные порты

Блок не имеет выходных портов.

Свойства

Название Имя Описание По умолчанию Тип данных
Турбина Группа свойств, позволяющих задать характеристику турбины
Приведенная частота вращения (массив), об/мин RPM_Array Массив приведенных частот вращения вала турбокомпрессора, задающий частоты вращения для семейства изотах […] Массив
Степень расширения (матрица) PR_Matrix Матрица степеней расширения, строки которой задают характеристику турбины на одной изотахе [[…]] Матрица
Приведенный массовый расход (матрица), кг/с G_Matrix Матрица приведенных массовых расходов турбины, строки которой задают характеристику турбины на одной изотахе [[…]] Матрица
КПД турбины (матрица) Nu_Matrix Матрица значений КПД турбины, строки которой задают характеристику турбины 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 выходного отверстия турбины
Эффективное проходное сечение выходного отверстия, м2 MuF Эффективное проходное сечение выходного отверстия турбины, используемое для расчета режимов работы турбины, 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 турбины Строка

Параметры

Название Имя Описание Тип данных
Частота вращения, об/мин RPM Частота вращения вала турбокомпрессора Вещественное
Момент на валу, Нм Torque Крутящий момент на валу турбокомпрессора Вещественное
Степень расширения PR Степень расширения отработавших газов в турбине Вещественное
Массовый расход, кг/с G Массовый расход отработавших газов через турбину Вещественное
КПД Nu КПД турбины Вещественное
Давление на входе, Па Pin Давление отработавших газов на входе в турбину Вещественное
Давление на выходе, Па Pout Давление отработавших газов на выходе из турбины Вещественное
Температура на входе, К Tin Температура отработавших газов на входе в турбину Вещественное
Температура на выходе, К Tout Температура отработавших газов на выходе из турбины Вещественное

Примеры

Примеры использования блока: