Variable-Displacement Pump (TL)

导热流体网络中的变容泵。

类型: EngeeFluids.ThermalLiquid.Turbomachinery.VariableDisplacementPump

图书馆中的路径:

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

说明

单元 Variable-Displacement Pump (TL) 是一个从机械网络接收能量并将其传输到导热流体网络的装置。泵流体的工作容积可在模拟过程中改变，并作为标量信号提供给端口 D。

端口 A 和 B 代表泵的入口和出口。端口 R 和 C 代表传动轴和泵壳。流体可以从端口 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。

操作模式如图所示。

variable displacement pump il 1

设备有八种运行模式。工作模式取决于从端口 A 到端口 B 的压降、角速度和工作容积。在上图中，这些模式以图表的八分之一表示：

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。
模式 5，反向液压马达模式：流量从*B*口流向*A*口，导致压力从*B*口下降至*A*口，轴角速度为正值。
模式 6，正向泵模式：负轴角速度导致从端口 A 到端口 B 的压力增加，流量从端口 A 到端口 B。
模式 7，液压马达正转模式：流量从*A*口流向*B*口，导致从*A*口流向*B*口的压力降低，轴角速度为负值。
模式 8，反向泵模式：正轴角速度导致从端口 B 到端口 A 的压力增加，以及从端口 B 到端口 A 的流量增加。

与系统时间常数相比，泵的时间常数可忽略不计。假定泵几乎在瞬间达到稳态，并将其视为准稳态部件。

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。

泵的扭矩为

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

- 是导热液体端口 A 和 B 中液体密度的平均值；
- 作为标量进入端口 S 的工作容积；
- 轴旋转的角速度；
- 从入口到出口的压力增量。

泄漏和摩擦扭矩的分析参数化

如果参数 Leakage and friction parameterization 设为 Analytical，则泄漏流量为

摩擦扭矩的计算公式为

其中

- 是层流时的哈根-普绪尔系数。设备根据指定的额定参数计算该系数；
- 端口中导热流体的平均动态粘度；
- 端口内流体的平均密度；
- 摩擦力矩系数与额定工作容积下的压力有关，该系数根据参数值确定。 Mechanical efficiency at nominal conditions , ：

其中是额定条件下的摩擦扭矩：
- 块参数值 Nominal displacement ;
- 参数值 No-load torque ;
- 参数值 Nominal shaft angular velocity .这是设定名义容积效率值的角速度；
- 参数值 Nominal pressure gain .该值表示设定额定容积效率的压差。

设备根据标称流体和组件参数确定哈根-普绪尔系数

其中

- 参数值 Nominal dynamic viscosity .该值表示给出标称容积效率值的动态粘度；
- 标称条件下的容积效率，参数值为 Volumetric efficiency at nominal conditions .这是与指定名义条件相对应的容积效率。

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

如果参数 Leakage and friction parameterization 设置为 Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies，程序块将使用体积效率和机械效率的表格数据执行参数化。

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

- 参数值 Pressure gain threshold for pump-motor transition ;
- 参数值 Angular velocity threshold for pump-motor transition ;
- 参数值 Displacement threshold for pump-motor transition .

容积流量根据容积效率计算，容积效率值通过块参数以表格形式设置在区域。 Volumetric efficiency table, e_v(dp,w,D) .

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，该值通过块参数表列出。 Mechanical efficiency table, e_m(dp,w,D) .

在泵模式下运行时，摩擦扭矩为：

其中是通过对表格数据进行内插法或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：

表数据 - 容积损失和机械损失的参数化

如果参数 Leakage and friction parameterization 设置为 `Tabulated data - volumetric and mechanical losses`则泄漏体积流量将以表格形式直接输入：

泄漏质量流量由体积流量计算得出：

摩擦扭矩等于

其中和是体积损失和机械损失，由参数中给出的表格数据通过内插法或外推法获得 Volumetric loss table, q_loss(dp,w,D) и Mechanical loss table, torque_loss(dp,w,D) .

通过输入信号进行参数化

如果参数 Leakage and friction parameterization 设置为 `Input signal - volumetric and mechanical efficiencies`则 EV 和 EM 端口打开。内部泄漏和轴摩擦的计算方法与参数化相同。 `Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies`但效率值和将分别直接输入 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。

如果参数 Leakage and friction parameterization 设置为 Input signal - volumetric and mechanical losses，LV 和 LM 端口将启用。这些端口接收正标量的泄漏磁通和摩擦力矩值。

输入值应为正值。程序块会根据模拟过程中设定的运行条件自动设置符号，即根据组件运行所在的象限。

假设和限制

泵被视为准静态部件。
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

# B — 导热流体端口
导热流体

Details

泵的流体入口或出口。

程序使用名称

port_b

# A — 导热液体端口
导热流体

Details

泵的流体入口或出口。

程序使用名称

port_a

输入

# D — 流入或流出的液体体积
尺度

Details

以 m³/rad 为单位通过泵的流体体积（标量）。

数据类型	Float64`。
复数支持	无

# 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，请设置参数 Leakage and friction parameterization 值 Input signal - volumetric and mechanical efficiencies.

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，请设置参数 Leakage and friction parameterization 值 Input signal - volumetric and mechanical efficiencies.

数据类型	`Float64`.
复数支持	无

# LV — 泄漏体积流量
尺度

Details

以 m³/s 为单位的泵损耗，以标量形式给出。

依赖关系

要使用该端口，请将参数 Leakage and friction parameterization 值 Input signal - volumetric and mechanical losses.

数据类型	`Float64`.
复数支持	无

# LM — 摩擦力矩
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，请将参数 Leakage and friction parameterization 值 Input signal - volumetric and mechanical losses.

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。

Analytical- 泄漏流量和摩擦扭矩是通过分析方程计算得出的。
Tabulated data - volumetric and mechanical efficiencies- 容积效率和机械效率由用户定义的参数计算得出 Pressure gain vector, dp и Shaft angular velocity vector, w 并从相应的二维表格中插值计算得出 Volumetric efficiency table, e_v(dp,w,D) 和 机械效率表，e_m(dp,w)。
表中数据—体积损失和机械损失—泄漏流量和摩擦力矩由用户定义的参数计算得出 Pressure gain vector, dp и Shaft angular velocity vector, w 并从相应的二维表格中插值计算得出 Volumetric loss table, q_loss(dp,w,D) и Mechanical loss table, torque_loss(dp,w,D) .
Input signal - volumetric and mechanical efficiencies- 体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到 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

旋转轴在额定工作条件下的流体排量。

依赖关系