Turbine (G)

Газовая турбина в термодинамическом цикле.

Тип: EngeeFluids.Gas.Turbomachinery.Turbine

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Fluids/Gas/Turbomachinery/Turbine (G)

Описание

Блок Turbine (G) моделирует турбину в газовой сети. Вы можете параметризовать блок, используя аналитическое приближение или табличные данные, которые являются либо 1-D функцией перепада давления, либо 2-D функцией перепада давления и скорректированного массового расхода. Жидкость, протекающая от порта A к порту B, создает крутящий момент. Механический порт R связан с валом турбины, отражает крутящий момент на валу и его угловую скорость относительно порта C, который в свою очередь связан с корпусом турбины.

Если установлен флажок Enable variable nozzle input port, то появляется порт VN, через который задается управляющий сигнал, задающий значение степени открытия сопла. Это значение линейно масштабирует скорректированный массовый расход, но не влияет на КПД турбины. Значение 1 соответствует характеристическим данным турбины.

Характеристики турбины

Характеристические данные турбины соотносят производительность турбины в зависимости от перепада давления со скорректированным массовым расходом и изоэнтропийным КПД. Перепад давления определяется между давлением на входе в турбину и давлением на выходе.

Скорректированный массовый расход

Из-за больших изменений давления и температуры внутри турбины характеристики турбины отображают производительность с точки зрения скорректированного массового расхода. В блоке скорректированный массовый расход регулируется на основе входного массового расхода, используя скорректированные давление и температуру:

где

— массовый расход в порту A;
— температура в порту A;
— значение параметра Reference temperature for corrected flow. Это значение приведено в техническом паспорте турбины;
— скорректированный массовый расход:
- если для параметра Turbine map parameterization установлено значение Analytical - nominal pressure ratio and corrected mass flow rate, то задается через значение параметра Nominal corrected mass flow rate;
- если для параметра Turbine map parameterization установлено значение Tabulated data - flow rate and efficiency vs. pressure ratio, то задается через значение параметра Corrected mass flow rate vector, mdot(pr);
- если для параметра Turbine map parameterization установлено значение Tabulated data - flow rate and efficiency vs. corrected speed and pressure ratio, то задается через значение параметра Corrected mass flow rate table, mdot(N,beta);
— давление в порту A;
— значение параметра Reference pressure for corrected flow. Это значение приведено в техническом паспорте турбины.

Скорректированная скорость

В блоке также регулируется скорость вращения вала в соответствии с исходной температурой таким образом, чтобы скорректированная скорость вращения вала была:

Крутящий момент на валу

Крутящий момент на валу вычисляется следующим образом:

где

— общее изменение удельной энтальпии газа;
— значение параметра Mechanical efficiency;
— относительная угловая скорость вала: .

Обратный поток от порта B к порту A не является нормальным режимом работы турбины и может дать неточные результаты. Пороговые значения гарантируют, что в блоке не создается крутящий момент, когда расход близок к нулю или поток обратный.

Аналитическая параметризация

Используйте аналитическую параметризацию для создания турбины на основе ожидаемых номинальных условий эксплуатации. Если для параметра Turbine map parameterization установлено значение Analytical - nominal pressure ratio and corrected mass flow rate, то изоэнтропийный КПД турбины постоянен, а массовый расход зависит от перепада давления.

Параметризация по перепаду давления

Если для параметра Turbine map parameterization установлено значение Tabulated data - flow rate and efficiency vs. pressure ratio, то изоэнтропийный КПД турбины и массовый расход задаются в зависимости от перепада давления, и в них не учитываются никаких изменений угловой скорости вращения турбины.

Последние элементы в векторах параметров Corrected mass flow rate vector, mdot(pr) и Pressure ratio vector, pr представляют собой скорректированный массовый расход и перепад давления в условиях дросселирования потока.

Параметризация по перепаду давления и скорректированному массовому расходу

Если для параметра Turbine map parameterization установлено значение Tabulated data - flow rate and efficiency vs. corrected speed and pressure ratio,то изоэнтропийный КПД турбины, отношение давлений и скорректированный массовый расход задаются в зависимости от скорректированной скорости и индекса . В блоке используется линейная интерполяция между точками данных для определения КПД, перепада давления и скорректированных параметров массового расхода.

Последние столбцы матриц параметров Corrected mass flow rate table, mdot(N,beta) и Pressure ratio table, pr(N,beta) представляет собой скорректированный массовый расход и перепад давления в условиях дросселирования потока.

Уравнения непрерывности

Уравнение сохранения массы:

где — массовый расход в порту B.

Уравнение сохранения энергии:

где

— поток энергии в порту A;
— поток энергии в порту B;
— работа, выполняемая газом и определяемая по изменению общей удельной энтальпии жидкости: .

Допущения и ограничения

Вал не вращается в условиях обратного потока. Результаты при обратных потоках могут быть неточными.

Порты

Ненаправленные

# C — корпус турбины
вращательная механика

Details

Механический ненаправленный порт, связанный с корпусом турбины.

Имя для программного использования

case_flange

# R — вал турбины
вращательная механика

Details

Механический ненаправленный порт, связанный с валом турбины.

Имя для программного использования

rod_flange

# B — выходной газовый порт
газ

Details

Газовый ненаправленный порт, связанный с выходным сечением турбины.

Имя для программного использования

outlet

# A — входной газовый порт
газ

Details

Газовый ненаправленный порт, связанный с входным сечением турбины.

Имя для программного использования

inlet

Параметры

Parameterization

# Turbine map parameterization — параметризация производительности
Analytical - nominal pressure ratio and corrected mass flow rate | Tabulated data - flow rate and efficiency vs. pressure ratio | Tabulated data - flow rate and efficiency vs. corrected speed and pressure ratio

Details

Параметризация производительности:

Analytical - nominal pressure ratio and corrected mass flow rate — аналитическая параметризация изоэнтропийного КПД турбины и скорректированного массового расхода.
Tabulated data - flow rate and efficiency vs. pressure ratio — табличная параметризация изоэнтропийного КПД турбины и скорректированного массового расхода по перепаду давления.
Tabulated data - flow rate and efficiency vs. corrected speed and pressure ratio — табличная параметризация изоэнтропийного КПД турбины и скорректированного массового расхода по скорректированной скорости и перепаду давления.

Значения	`Analytical - nominal pressure ratio and corrected mass flow rate` \| `Tabulated data - flow rate and efficiency vs. pressure ratio` \| `Tabulated data - flow rate and efficiency vs. corrected speed and pressure ratio`
Значение по умолчанию	`Analytical - nominal pressure ratio and corrected mass flow rate`
Имя для программного использования	`parameterization`
Вычисляемый	Нет

# Enable variable nozzle input port — включение изменяемой площади сечения сопла

Details

Установите этот флажок, чтобы включить входной порт VN и задать изменяемую степень открытого отверстия сопла.

Если этот флажок не установлен, то открытое отверстие сопла остается постоянным.

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`variable_nozzle`
Вычисляемый	Нет

Flow Rate Data

# Nominal pressure ratio — перепад давления для аналитической параметризации

Details

Значение перепада давления при номинальных условиях эксплуатации для аналитической параметризации.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Turbine map parameterization значение Analytical - nominal pressure ratio and corrected mass flow rate.

Значение по умолчанию	`2.0`
Имя для программного использования	`p_ratio_nominal`
Вычисляемый	Да

Details

Скорректированное значение массового расхода при номинальных условиях эксплуатации для аналитической параметризации.

Зависимости

Единицы измерения	`kg/s` \| `kg/hr` \| `kg/min` \| `g/hr` \| `g/min` \| `g/s` \| `t/hr` \| `lbm/hr` \| `lbm/min` \| `lbm/s`
Значение по умолчанию	`48.0 kg/s`
Имя для программного использования	`mdot_nominal`
Вычисляемый	Да

Efficiency Data

# Constant isentropic efficiency — значение изоэнтропийного КПД

Details

Изоэнтропийный КПД при номинальных условиях эксплуатации для аналитической параметризации.

Зависимости

Значение по умолчанию	`0.8`
Имя для программного использования	`const_efficiency`
Вычисляемый	Да

Reference Data

# Reference pressure for corrected flow — корректирующее давление
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg

Details

Давление, при котором данные турбины сводятся к скорректированной линии тренда.

Единицы измерения	`Pa` \| `uPa` \| `hPa` \| `kPa` \| `MPa` \| `GPa` \| `kgf/m^2` \| `kgf/cm^2` \| `kgf/mm^2` \| `mbar` \| `bar` \| `kbar` \| `atm` \| `ksi` \| `psi` \| `mmHg` \| `inHg`
Значение по умолчанию	`0.101325 MPa`
Имя для программного использования	`p_ref`
Вычисляемый	Да

Details

Температура, при которой данные турбины сводятся к скорректированной линии тренда.

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`288.15 K`
Имя для программного использования	`T_ref`
Вычисляемый	Да

# Mechanical efficiency — эффективность преобразования в крутящий момент

Details

Эффективность преобразования работы газа в крутящий момент на валу.

Значение по умолчанию	`0.9`
Имя для программного использования	`mechanical_efficiency`
Вычисляемый	Да

# Inlet area at port A — площадь входного сечения турбины
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Площадь поперечного сечения входного порта турбины.

Единицы измерения	`m^2` \| `um^2` \| `mm^2` \| `cm^2` \| `km^2` \| `in^2` \| `ft^2` \| `yd^2` \| `mi^2` \| `ha` \| `ac`
Значение по умолчанию	`1.0 m^2`
Имя для программного использования	`inlet_area`
Вычисляемый	Да

# Outlet area at port B — площадь выходного сечения турбины
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Площадь поперечного сечения выходного порта турбины.

Единицы измерения	`m^2` \| `um^2` \| `mm^2` \| `cm^2` \| `km^2` \| `in^2` \| `ft^2` \| `yd^2` \| `mi^2` \| `ha` \| `ac`
Значение по умолчанию	`1.0 m^2`
Имя для программного использования	`outlet_area`
Вычисляемый	Да

Литература

Kurzke, Joachim. How to Get Component Maps for Aircraft Gas Turbine Performance Calculations. Volume 5: Manufacturing Materials and Metallurgy; Ceramics; Structures and Dynamics; Controls, Diagnostics and Instrumentation; Education; General, American Society of Mechanical Engineers, 1996, p. V005T16A001.
Plencner, Robert M. Plotting component maps in the Navy/NASA Engine Program (NNEP): A method and its usage. NASA Technical Memorandum, 1989.