Объект: PT01MTP

Библиотека: PneumaticsThermo

Имя на уровне решателя: PT01MTP

Аннотация: Объемный насос с механической частью и теплоотдачей

Обозначение:

Порты (степени свободы) компонента:

№	Обозначение порта	Тип	Наименование порта
1	Thermohydraulic port A	PNEUMATIC	PNEUMATIC
2	Thermohydraulic port B	PNEUMATIC	PNEUMATIC
3	Mechanical port C	MECH1D_R	Механический порт C
4	Thermal port D	THERMAL	Тепловой порт D

Пользовательские параметры модели:

№	Параметр	Тип	Описание	Единица	Значение по умолч.
1	C	real	Теплоемкость насоса, Дж/К	kJ/K	1
2	D	real	Диаметр элемента, м	m	0.01
3	Fluid		Имя объекта свойств среды		Fluid
4	JR	real	Момент инерции, кг*м2	kg*m**2	1e-8
5	KPD	real	Общий КПД		0.8
6	KPD0	real	Объемный КПД	m**3	0.9
7	L	real	Длина элемента, м	m	0.01
8	NN	real	Частота рабочей точки, рад/c	Hz	1000
9	P0	real	Начальное давление на объемах элемента, Па	Pa	101325
10	PN	real	Перепад рабочей точки, Па	Pa	5e5
11	T0	real	Начальная температура на объемах элемента, К	K	293.15
12	T_environment	real	Температура окружающей среды, К	K	340
13	T_pump	real	Температура насоса, К	K	300
14	Vr	real	Рабочий объем, м3	m**3	1e-4
15	k_environment	real	Коэффициент конвекции в окружающую среду, Вт/К	W/K	0.1
16	k_fluid	real	Коэффициент конвекции в жидкость, Вт/К	W/K	0.1

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
17	V_Temperature4	Температура на порте ;	K
18	S_HeatFlow4	Тепловой поток на порте ;	W

Пример использования компонента

Модель объемного насоса с механической частью и теплоотдачей (PT01MTP)

Элемент моделирует работу объемного насоса с учетом механических потерь, инерционности вращающихся частей и теплообмена с рабочей жидкостью и окружающей средой. Позволяет рассчитывать нагрев насоса вследствие трения и конвективный отвод тепла. Используется в термодинамических и гидравлических расчётах для анализа тепловых режимов насосного оборудования.

Нагрев насоса вследствие трения при конвекции в жидкость при k_fluid = 1.0 Дж/(сК) и отсутствием конвекции в окружающую среду k_environment = 0.0 Дж/(сК).

Начальные данные:

Параметры модели (PT01MTP1)

Vr = 1e-2 - Рабочий объем, м^3

PN = 5e5 - Перепад рабочей точки, Па

NN = 1000 - Частота рабочей точки, рад/с

KPD0 = 0.9 - Объемный КПД

KPD = 0.09 - Общий КПД

JR = 1e-8 - Момент инерции, кгм²

D = 0.01 - Диаметр элемента, м

L = 0.01 - Длина элемента, м

C = 0.1 - Теплоемкость насоса, Дж/К

k_environment = 0.0 - Коэффициент конвекции в окружающую среду, Дж/(сК)

k_fluid = 1.0 - Коэффициент конвекции в жидкость, Дж/(с*К)

T_environment = 300 - Температура окружающей среды, К

T_pump = 300 - Начальная температура насоса, К

P0 = 101300 - Начальное давление на объемах элемента, Па

T0 = 300 - Начальная температура на объемах элемента, К

Fluid = DryAir - Имя объекта свойств среды (чистый воздух)

Параметры граничных условий

PT1SPT1: P = 101300 Па, T = 300 К

PT1SPT2: P = 101300 Па, T = 300 К

C = 293.15 - задатчик температуры

Параметры интегрирования

end = 10 с, control = 1e-9

Схема тестирования:

Схема содержит объемный насос PT01MTP1, который приводится во вращение от источника скорости SW1 с сигналом C = 10. На входе и выходе насоса установлены граничные условия PT1SPT1 и PT1SPT2 с давлением 101300 Па и температурой 300 К. Теплообмен с окружающей средой отключен (k_environment = 0.0), теплообмен с рабочей жидкостью задан коэффициентом k_fluid = 1.0 Дж/(с*К). Измеряются температура насоса (PT01MTP.T_nasos) и скорость (PT01MTP.speed). Результаты выводятся на осциллографы Pump_T и Speed.

Результат:

Установившаяся температура T_nasos = 413.98 К. На графике Pump_T показано изменение температуры насоса во времени: температура возрастает от начального значения 300 К и выходит на установившееся значение 413.98 К. На графике Speed показано изменение скорости насоса: после короткого переходного процесса скорость устанавливается на постоянном значении примерно 0.00054 рад/с (с учетом масштаба). Это подтверждает корректность работы модели объемного насоса с механической частью и теплоотдачей.

Формула теплового баланса:

\[C \frac{dT}{dt} = Q_{\text{тр}} - k_{\text{fluid}} (T - T_{\text{fluid}}) - k_{\text{environment}} (T - T_{\text{environment}})\]

где: \(C\) — теплоемкость насоса, \(Q_{\text{тр}}\) — мощность тепловыделения за счет трения, \(k_{\text{fluid}}\) — коэффициент конвекции в жидкость, \(k_{\text{environment}}\) — коэффициент конвекции в окружающую среду, \(T_{\text{fluid}}\) — температура жидкости, \(T_{\text{environment}}\) — температура окружающей среды.

Схема теста

Рисунок 1 - Схема теста

Графики результатов теста

Рисунок 2 - Температура насоса Pump_T

Рисунок 3 - Скорость насоса Speed