Fixed-Displacement Pump (TL)

导热流体网络中的恒排量泵。

类型: EngeeFluids.ThermalLiquid.Turbomachinery.FixedDisplacementPump

图书馆中的路径:

/Physical Modeling/Fluids/Thermal Liquid/Pumps & Motors/Fixed-Displacement Pump (TL)

说明

固定排量泵（TL）*装置是一种从机械旋转系统接收能量并将其传输至导热流体网络的泵。泵的工作容积固定为一个恒定值，该值通过*排量*参数进行设置。

端口 A 和 B 代表泵的入口。端口 R 和 C 代表传动轴和泵壳。流体可从端口 A 流向端口 B（正向模式）或从端口 B 流向端口 A（反向模式）。当压力沿流动方向增大时，泵模式开始运行。当压力沿流动方向下降时，液压马达工作。

操作模式

fixed displacement pump il 1

该装置有四种运行模式。运行模式取决于从端口 A 到端口 B 的压降和角速度：

模式 1，正向泵模式：正向轴角速度导致压力从端口 A 上升至端口 B，流量从端口 A 流入端口 B。
模式 2，反向液压马达模式：流量从端口 B 流入端口 A，导致压力从端口 B 降至端口 A，轴角速度为负值。
模式 3，反向泵模式：负轴角速度导致从端口 B 到端口 A 的压力增加，流量从端口 B 到端口 A。
模式 4，正向液压马达模式：流量从端口 A 流向端口 B ，导致压力从端口 A 减小至端口 B，轴角速度为正。

与系统时间常数相比，泵的时间常数可以忽略不计。泵几乎在瞬间达到稳定状态，被视为准稳态部件。

能量守恒

泵所做的机械功涉及能量交换。能量守恒方程的形式为

其中

和分别为端口 A 和 B 的能量流；
- 是泵的液压功率。它是泵口之间压差的函数：。

泵的机械功率由扭矩和角速度得出：

流量和扭矩

泵的质量流量为

其中

- 是实际质量流量；
- 理想质量流量；
- 内部泄漏的质量流量。

驱动泵所需的扭矩为

其中

- 是实际扭矩；
- 理想扭矩；
- 摩擦扭矩。

理想流量和理想扭矩的计算公式为

其中

- 导热液体 A 和 B 端口液体密度的平均值；
- 为位移参数值；
- 轴旋转的角速度；
- 从入口到出口的压力增加值。

泄漏和摩擦扭矩的分析参数化

如果将*泄漏和摩擦参数化*设置为 "分析"，设备将根据轴转速、机械压降和容积效率的额定值计算泄漏和摩擦扭矩。泄漏率取决于液压马达上的压降，计算公式为

摩擦扭矩的计算公式为

其中

- 是层流时的哈根-普绪尔系数。该装置根据指定的额定参数计算该系数；
- 端口中液体的平均动态粘度；
- 端口中液体的平均密度；
- 额定工作容积下与压力有关的摩擦力矩系数，该系数根据参数 * 额定条件下的机械效率 * 的值确定，：

其中是额定条件下的摩擦扭矩：
- 在给定容积效率下的压力增益，即*标称压力增益*参数的值。该值是指定额定容积效率时的压力增益；
- 空载扭矩*参数的值；
- 给定容积效率下的角速度，参数值 名义轴角速度。该值表示设备指定额定容积效率时的角速度。

设备根据标称流体和组件参数确定哈根-普绪尔系数

其中

- 给定容积效率下的动态粘度，即参数*标称动态粘度*的值。该值表示设备确定额定容积效率时的动态粘度；
- 标称条件下的容积效率，*标称条件下的容积效率*的值，这是指定标称条件下的容积效率。

参数化表格数据

使用液压马达效率或损耗的表格数据时，可提供一种或多种运行模式的数据。表格数据的符号定义了设备的运行模式。如果提供的数据少于四种工作模式，则设备会通过将给定数据扩展到其余象限来计算其他模式的附加数据。

*表格数据 - 容积效率和机械效率的参数化。

如果*泄漏和摩擦参数化*设置为 "表格数据 - 容积效率和机械效率"，程序块将使用表格数据对容积效率和机械效率进行参数化。

泄漏流量为

摩擦扭矩为

其中

- 是从液压马达到泵的瞬态过程的数值平滑参数；
- 泵模式下的泄漏流量
- 液压马达模式下的泄漏流量；
- 泵模式下的摩擦力矩
- 液压马达模式下的摩擦力矩。

平滑参数由双曲线函数给出

其中

- 是参数 电机-泵过渡的压力增益阈值 的值；
- 参数值 电机-泵过渡的角速度阈值。

容积流量是根据容积效率计算的，容积效率值通过 * 容积效率表* 块参数以表格形式在区域设置。

在泵模式下运行时，泄漏流量为：

其中是通过对表格数据进行内插法或外推法得到的容积效率。

同样，在液压马达模式下运行时，泄漏流量为：

同样，摩擦扭矩也是通过机械效率计算得出的，该值以表格形式通过 * 机械效率表 * 块参数设置在区域。

在泵模式下运行时，摩擦扭矩为：

其中是通过内插法或表格数据外推法获得的机械效率。

同样，在液压马达模式下运行时，摩擦扭矩为：

*表格数据 - 容积损失和机械损失的参数化

如果*泄漏和摩擦参数化*设置为 "表格数据 - 体积损失和机械损失"，则泄漏体积流量将直接以表格形式在区域中指定：

泄漏质量流量由体积流量计算得出：

摩擦扭矩等于

其中和是体积损耗和机械损耗，由 * 体积损耗表 * 和 * 机械损耗表 * 参数中的表格数据通过内插法或外推法获得。

通过输入信号进行参数化

当*泄漏和摩擦参数化*设置为 "输入信号 - 容积效率和机械效率 "时，EV 和 EM*端口将启用。内部泄漏和轴摩擦的计算方法与 "表数据 - 容积效率和机械效率 "参数化相同，只是效率值和分别直接输入到 *EV 和 EM 端口。

效率值是介于 "0 "和 "1 "之间的正值。输入信号在这些限制范围之外的值将被设置为等于最接近的限制（输入小于 "0 "时为 "0"，输入大于 "1 "时为 "1"）。容积效率和机械效率在用户定义的最小值和最大值之间变化。任何低于或高于该范围的值都将分别使用最小和最大设定点。

当*泄漏和摩擦参数化*设置为 "输入信号 - 容积损失和机械损失 "时，LV 和 LM 端口将启用。这些端口接收正标量的泄漏通量和摩擦力矩值。

假设和限制

泵被视为准稳态部件。
忽略流体惯性效应和高度差。
液压马达壁假定为刚性。
忽略外部泄漏。

端口

非定向

# R — 机械端口
旋转机械

Details

轴的旋转角速度和扭矩。

程序使用名称

rod_flange

# C — 机械端口
旋转机械

Details

人体的旋转角速度和扭矩。

程序使用名称

case_flange

# A — 导热液体端口
导热液体

Details

泵的流体入口或出口。

程序使用名称

port_a

# B — 导热流体端口
导热液体

Details

泵的流体入口或出口。

程序使用名称

port_b

输入

# 电动车 — 容积效率
尺度

Details

以标量形式指定的容积效率。数值范围必须在 0 到 1 之间。

依赖关系

要使用此端口，请将 泄漏和摩擦参数化 设置为 "输入信号 - 容积效率和机械效率"。

数据类型	Float64"。
复数支持	无

# EM — 机械效率
尺度

Details

泵的机械效率，以标量形式给出。数值范围必须在 0 到 1 之间。

依赖关系

要使用此端口，请将*泄漏和摩擦参数化*设置为 "输入信号 - 容积效率和机械效率"。

数据类型	Float64"。
复数支持	无

# LV — 泄漏体积流量
尺度

Details

泵的损耗，单位为 m³/s，以标量形式给出。

依赖关系

要使用此端口，请将*泄漏和摩擦参数化*设置为 "输入信号 - 容积损失和机械损失"。

数据类型	Float64"。
复数支持	无

# LM — 摩擦扭矩
尺度

Details

泵的机械损耗，单位 N-m，以标量形式表示。

依赖关系

要使用此端口，请将*泄漏和摩擦参数化*设置为 "输入信号 - 容积损失和机械损失"。

数据类型	Float64"。
复数支持	无

参数

# Leakage and friction parameterization — 计算泄漏流量和摩擦扭矩的方法
Analytical | Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies | Tabulated data - volumetric and mechanical losses | Input signal - volumetric and mechanical efficiencies | Input signal - volumetric and mechanical losses

Details

泵泄漏和摩擦特性的参数化：

分析"--使用分析方程计算泄漏流量和摩擦扭矩。
制表数据 - 容积效率和机械效率` - 根据用户定义的参数 增压矢量 dp 和 轴角速度矢量 w 计算容积效率和机械效率，并从相应的二维表 容积效率表 e_v(dp,w) 和 *机械效率表 e_m(dp,w)*进行内插。
表格数据 - 容积损失和机械损失" - 泄露流量和摩擦扭矩由用户定义的参数 压力增益矢量 dp 和 轴角速度矢量 w 计算得出，并由相应的二维表格 容积损失表 q_loss(dp,w) 和 机械损失表 torque_loss(dp,w) 插值得出。
输入信号 - 容积效率和机械效率" - 容积效率和机械效率分别作为信号输入 EV 和 EM 端口。
输入信号 - 容积损失和机械损失"- 泄漏流量和摩擦扭矩分别作为信号输入 LV 和 LM 端口。

值	`Analytical` \| `Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies` \| `Tabulated data - volumetric and mechanical losses` \| `Input signal - volumetric and mechanical efficiencies` \| `Input signal - volumetric and mechanical losses`
默认值	`Analytical`
程序使用名称	`leakage_and_friction_parameterization`
可计算	无

Details

轴旋转一定角度时流体的体积。该装置会在整个模拟过程中存储该值。

计量单位	`l/rad` \| `l/rev` \| `gal/rad` \| `gal/rev` \| `igal/rad` \| `m^3/deg` \| `m^3/rad` \| `m^3/rev` \| `cm^3/rad` \| `cm^3/rev` \| `mm^3/rad` \| `km^3/rad` \| `ft^3/rad` \| `in^3/deg` \| `in^3/rad` \| `in^3/rev` \| `Nm/Pa/rad` \| `Nm/bar/rad` \| `lbf*ft/psi/rad`
默认值	`30.0 cm^3/rev`
程序使用名称	`displacement`
可计算	是

# Nominal shaft angular velocity — 轴的名义角速度
rpm | deg/s | rad/s

Details

与给定容积效率相对应的旋转轴角速度。标准运行条件下的该值通常在制造商的规格书中给出。设备使用该参数计算泄漏流量和摩擦扭矩。

依赖关系

要使用该参数，请将*泄漏和摩擦参数化*设置为 "分析"。

计量单位	`rpm` \| `deg/s` \| `rad/s`
默认值	`1800.0 rpm`
程序使用名称	`w_nominal`
可计算	是

# Nominal pressure gain — 入口和出口之间的额定增压
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

与规定容积效率相对应的压力增加值。标准工作条件下的该值通常可在制造商的规格书中找到。设备使用该参数计算内部泄漏流量。

依赖关系

要使用此参数，请将*泄漏和摩擦参数化*参数设置为 "分析"。

计量单位	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
默认值	`10.0 MPa`
程序使用名称	`p_nominal`
可计算	是

# Nominal dynamic viscosity — 给定容积效率下的标称动态粘度
P | cP | reyn | s*uPa

Details

与给定容积效率相对应的流体标称动态粘度。标准工作条件下的该值通常可在制造商的规格书中找到。设备使用该参数计算内部泄漏流量。

依赖关系

要使用此参数，请将*泄漏和摩擦参数化*参数设置为 "分析"。

计量单位	`P` \| `cP` \| `reyn` \| `s*uPa`
默认值	`0.9 cP`
程序使用名称	`mu_nominal`
可计算	是

# Volumetric efficiency at nominal conditions — 额定条件下的容积效率

Details

额定条件下实际流量与理想流量之比。标准工作条件下的这一数值通常可以在制造商的规格书中找到。设备使用该参数计算内部泄漏流量。

依赖关系

要使用此参数，请将*泄漏和摩擦参数化*参数设置为 "分析"。

默认值	`0.92`
程序使用名称	`nominal_volumetric_efficiency`
可计算	是

# Mechanical efficiency at nominal conditions — 额定条件下的机械效率

Details

实际扭矩与额定条件下产生的理想扭矩之比。

依赖关系

要使用该参数，请将*泄漏和摩擦参数化*设置为 "分析"。

默认值	`0.88`
程序使用名称	`nominal_mechanical_efficiency`
可计算	是

# No-load torque — 静止摩擦扭矩
N*m | mN*m | lbf*ft

Details

克服密封摩擦的最小扭矩值。该扭矩是总摩擦扭矩中与负载无关的部分。

依赖关系

要使用该参数，请将*泄漏和摩擦参数化*设置为 "分析"。

计量单位	`Nm` \| `mNm` \| `lbf*ft`
默认值	`0.0 N*m`
程序使用名称	`no_load_torque`
可计算	是

# Pressure gain vector, dp — 表格参数化的增压值矢量
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

用于泄漏和扭矩摩擦表格参数化的压差值矢量。矢量元素必须按升序排列。

依赖关系

要使用此参数，请将*泄漏和摩擦参数化*设为 "表格数据 - 容积效率和机械效率"。

计量单位	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
默认值	`[0.1, 1.0, 2.0] MPa`
程序使用名称	`delta_p_vector_efficiency`
可计算	是

# Shaft angular velocity vector, w — 用于表格参数化的角速度值矢量
rpm | deg/s | rad/s

Details

用于表格式化泄漏和摩擦力矩参数的角速度数据矢量。矢量元素必须按升序排列。

依赖关系

要使用此参数，请将*泄漏和摩擦参数化*设为 "制表数据 - 容积效率和机械效率"。

计量单位	`rpm` \| `deg/s` \| `rad/s`
默认值	`[250.0, 500.0, 1000.0, 2000.0, 3000.0, 4000.0] rpm`
程序使用名称	`w_vector_efficiency`
可计算	是

# Volumetric efficiency table, e_v(dp,w) — 容积效率值表

Details

矩阵给定流体压降和轴旋转角速度下的容积效率。程序块在表格元素之间使用线性插值。

和是相应矢量的尺寸：

- 参数 压力增益矢量 dp 中的矢量元素数。
- 轴角速度矢量中的矢量元素数，w。

依赖关系

要使用该参数，请将*泄漏和摩擦参数化*参数设置为 "制表数据 - 容积效率和机械效率"。

默认值	`[0.816 0.908 0.954 0.977 0.981 0.984; 0.325 0.663 0.831 0.916 0.925 0.946; 0.137 0.568 0.78 0.892 0.893 0.910]`
程序使用名称	`volumetric_efficiency_matrix`
可计算	是

# Mechanical efficiency table, e_m(dp,w) — 机械效率值表

Details

矩阵给定流体压降和轴旋转角速度下的机械效率。程序块在表格元素之间使用线性插值。和是相应矢量的尺寸：

- 压降矢量中的元素数 * 压力增益矢量，dp*。
- 角速度矢量中的元素数 轴角速度矢量，w。

依赖关系

要使用该参数，请将*泄漏和摩擦参数化*参数设置为 "制表数据 - 容积效率和机械效率"。

默认值	`[0.996 0.996 0.996 0.996 0.996 0.996; 0.988 0.989 0.989 0.989 0.989 0.990; 0.981 0.981 0.982 0.982 0.983 0.984]`
程序使用名称	`mechanical_efficiency_matrix`
可计算	是

# Pressure gain vector, dp — 表格参数化的增压值矢量
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

表格参数化泄漏和扭矩摩擦的压力增加值矢量。矢量元素必须按升序排列。

依赖关系

要使用此参数，请将*泄漏和摩擦参数化*设为 "表格数据 - 体积和机械损失"。

计量单位	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
默认值	`[0.1, 1.0, 2.0] MPa`
程序使用名称	`delta_p_vector_loss`
可计算	是

# Shaft angular velocity vector, w — 用于表格参数化的角速度值矢量
rpm | deg/s | rad/s

Details

用于表格式化泄漏和摩擦力矩参数的角速度数据矢量。矢量元素必须按升序排列。

依赖关系

要使用此参数，请将*泄漏和摩擦参数化*设为 "制表数据 - 体积和机械损失"。

计量单位	`rpm` \| `deg/s` \| `rad/s`
默认值	`[250.0, 500.0, 1000.0, 2000.0, 3000.0, 4000.0] rpm`
程序使用名称	`w_vector_loss`
可计算	是

# Volumetric loss table, q_loss(dp,w) — 体积损失值表
m^3/s | m^3/h | cm^3/s | mm^3/s | ft^3/s | lpm | l/s | gpm | gal/s | gal/h

Details

矩阵给定流体压降和轴旋转角速度下的体积损失。程序块在表格元素之间使用线性插值。

和是相应矢量的尺寸：

- 压力增益矢量中的元素个数 压力增益矢量，dp。
- 角速度矢量中的元素个数 轴角速度矢量，w。

依赖关系

要使用该参数，请将*泄漏和摩擦参数化*参数设置为 "制表数据 - 容积损失和机械损失"。

计量单位	`m^3/s` \| `m^3/h` \| `cm^3/s` \| `mm^3/s` \| `ft^3/s` \| `lpm` \| `l/s` \| `gpm` \| `gal/s` \| `gal/h`
默认值	`1e-3 * [0.0230 0.0230 0.0230 0.0230 0.0285 0.0320; 0.0844 0.0842 0.0845 0.0840 0.1125 0.1080; 0.1079 0.1080 0.1100 0.1080 0.1605 0.1800] m^3/s`
程序使用名称	`volumetric_loss_matrix`
可计算	是

# Mechanical loss table, torque_loss(dp,w) — 机械损耗值表
N*m | mN*m | lbf*ft

Details

矩阵给定流体压降和轴旋转角速度下的机械损耗。

该程序块在表格元素之间使用线性插值。和是相应矢量的尺寸：

- 压力增益矢量中的元素个数 压力增益矢量，dp。
- 角速度矢量中的元素个数 轴角速度矢量，w。

依赖关系

要使用该参数，请将*泄漏和摩擦参数化*参数设置为 "制表数据 - 容积损失和机械损失"。

计量单位	`Nm` \| `mNm` \| `lbf*ft`
默认值	`[0.0020 0.0020 0.0020 0.0020 0.0020 0.0020; 0.0607 0.0556 0.0556 0.0556 0.0556 0.0505; 0.1937 0.1937 0.1833 0.1833 0.1729 0.1626] N*m`
程序使用名称	`mechanical_loss_matrix`
可计算	是

# Minimum volumetric efficiency — 最低容积效率

Details

容积效率的最小值。如果输入信号低于该值，容积效率将设置为最小容积效率值。

依赖关系

要使用该参数，请将*泄漏和摩擦参数化*设置为 "输入信号 - 容积效率和机械效率"。

默认值	`1e-3`
程序使用名称	`min_volumetric_efficiency`
可计算	是

# Maximum volumetric efficiency — 最大容积效率

Details

容积效率的最大值。如果输入信号超过该值，容积效率将设置为最大容积效率值。

依赖关系

要使用此参数，请将*泄漏和摩擦参数化*设置为 "输入信号 - 容积效率和机械效率"。

默认值	`1.0`
程序使用名称	`max_volumetric_efficiency`
可计算	是

# Minimum mechanical efficiency — 最低机械效率

Details

机械效率的最小值。如果输入信号低于该值，机械效率将被设置为最小机械效率值。

依赖关系

要使用该参数，请将*泄漏和摩擦参数化*设置为 "输入信号 - 容积效率和机械效率"。

默认值	`1e-3`
程序使用名称	`min_mechanical_efficiency`
可计算	是

# Maximum mechanical efficiency — 最大机械效率

Details

机械效率的最大值。如果输入信号高于该值，机械效率将被设置为最大机械效率值。

依赖关系

要使用该参数，请将*泄漏和摩擦参数化*设置为 "输入信号 - 容积效率和机械效率"。

默认值	`1.0`
程序使用名称	`max_mechanical_efficiency`
可计算	是

# Pressure gain threshold for pump-motor transition — 瞬态运行的阈值压力
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

泵和电机运行之间的过渡压差阈值。过渡区域定义在阈值压差正值和负值之间的 0 MPa 区域。在该区域内，计算出的泄漏率和摩擦扭矩将根据过渡项进行修正，以确保从一种模式平稳过渡到另一种模式。

依赖关系

要使用该参数，请将 *泄漏和摩擦参数化 * 设置为其中一个值：

制表数据 - 容积效率和机械效率"；
输入信号 - 容积效率和机械效率"；
输入信号 - 容积损失和机械损失"。

计量单位	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
默认值	`1e-3 MPa`
程序使用名称	`p_threshold`
可计算	是

# Angular velocity threshold for pump-motor transition — 瞬态模式的阈值角速度
rpm | deg/s | rad/s

Details

泵和液压马达运行之间的角速度阈值。过渡区域定义在角速度阈值的正值和负值之间的 0 rpm 附近。在该区域内，计算出的泄漏率和摩擦扭矩将根据过渡项进行修正，以确保从一种模式平稳过渡到另一种模式。

依赖关系

要使用该参数，请将*泄漏和摩擦参数化*设置为其中一个值：

制表数据 - 容积效率和机械效率"；
输入信号 - 容积效率和机械效率"；
输入信号 - 容积损失和机械损失"。

计量单位	`rpm` \| `deg/s` \| `rad/s`
默认值	`100.0 rpm`
程序使用名称	`w_threshold`
可计算	是

# Cross-sectional area at ports A and B — 端口 A 和 B 的横截面积
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Details

端口 A 和 B 的横截面积。假设面积相等。

计量单位	`m^2` \| `cm^2` \| `ft^2` \| `in^2` \| `km^2` \| `mi^2` \| `mm^2` \| `um^2` \| `yd^2`
默认值	`0.01 m^2`
程序使用名称	`port_area`
可计算	是

# Check if operating beyond the range of supplied tabulated data — 报告数据超限
None | Error

Details

选择 "错误"，当程序块使用的数值超出所提供的数据范围时停止模拟。

如果*泄漏和摩擦参数化*设置为 "制表数据 - 扭矩和速度"，该参数还会检查程序块是否在 "NaN "值范围内运行。

依赖关系

要使用该参数，请将*泄漏和摩擦参数化*设置为其中一个值：

表列数据 - 容积效率和机械效率"；
制表数据 - 容积损失和机械损失"。

值	`None` \| `Error`
默认值	`None`
程序使用名称	`supplied_range_assert_action`
可计算	无

# Check if operating beyond pump mode — 关于机组在泵模式之外运行的信息
None | Error

Details

当设备在液压马达正转或反转模式下运行时，选择 "错误 "可停止模拟。

依赖关系

要使用该参数，请将*泄漏和摩擦参数化*设置为 "输入信号 - 容积损失和机械损失"。

值	`None` \| `Error`
默认值	`None`
程序使用名称	`operating_mode_assert_action`
可计算	无