Блок Compressor (G) представляет собой динамический компрессор, например, центробежный или осевой, в газовой сети. Параметр Parameterization можно использовать для аналитической параметризации блока на основе расчетного режима или с использованием табличных характеристических данных компрессора. Положительное вращение порта R относительно порта C приводит к перемещению жидкости из порта A в порт B. Порты R и C — это ненаправленные порты, связанные с валом и корпусом компрессора соответственно.
Запас по помпажу — это соотношение между перепадом гидродинамического давления при заданном массовом расходе и перепадом давления в расчетной точке минус 1. Если для параметра Parameterization установлено значение Tabulated, блок выводит запас по помпажу в порту SM.
Расчетный режим — это расчетное соотношение перепада давления в компрессоре и массового расхода через компрессор во время моделирования. Расчетная точка компрессора и точка максимальной эффективности не обязательно должны совпадать.
Характеристики компрессора
Характеристические данные компрессора отображает изоэнтропийный КПД компрессора и линии постоянной приведенной частоты вращения вала между двумя крайними значениями: критический режим и режим помпажа.
Приведенный массовый расход
В связи с большими перепадами давления и температуры внутри компрессора, характеристические данные производительности компрессора рассчитываются в зависимости от приведенного массового расхода. Приведенный массовый расход рассчитывается на основе массового расхода на входе, а также используя характеристические данные: опорное давление и опорную температуру
где
— массовый расход на входном порту A.
— температура на входном порту A.
— значение параметра Reference temperature for corrected flow. Если для параметра Parameterization установлено значение Analytical, то это температура на входе при расчетных условиях эксплуатации.
— приведенный массовый расход.
Если для параметра Parameterization установлено значение Analytical, блок использует параметр Corrected mass flow rate at design point.
Если для параметра Parameterization установлено значение Tabulated, блок использует параметр Corrected mass flow rate table, mdot(N,beta).
— давление на входном порту A.
— параметр Reference pressure for corrected flow. Если для параметра Parameterization установлено значение Analytical, то это значение соответствует давлению на входе при расчетных условиях эксплуатации.
В блоке вычисляется из удельной внутренней энергии и давления .
Приведенная частота вращения
Угловая скорость вращения вала приводится к опорной температуре, так что приведенная угловая скорость вращения вала составляет
Крутящий момент на валу
Крутящий момент на валу определяется как
где
— изменение удельной полной энтальпии;
— механический КПД компрессора;
— относительная угловая скорость вала, .
Блок связывает КПД характеристических данных компрессора следующим образом:
где
— изоэнтропийное изменение удельной полной энтальпии;
— изоэнтропийный КПД.
Пороговая область, при которой расход приближается к нулю, или отрицательный, обеспечивает, что в компрессоре создается нулевой крутящий момент на валу.
Аналитическая параметризация
Вы можете задать характеристические данные компрессора аналитически, установив для параметра Parameterization значение Analytical. Блок определяет модель характеристических данных компрессора на основе [1] к заданным значениям параметров Corrected speed at design point, Pressure ratio at design point и Corrected mass flow rate at design point.
Перепад давлений
Блок находит перепад давлений при заданной частоте вращения вала и массовом расходе как
где — параметр Corrected mass flow rate at design point;
— параметр Spine shape, a;
— параметр Speed line spread, b;
— параметр Speed line roundness, k.
Параметризация изоэнтропийной эффективности
Если для параметра Efficiency specification установлено значение Analytical, блок моделирует переменную эффективность компрессора как
где
— значение параметра Maximum isentropic efficiency;
— значение параметра Efficiency contour gradient orthogonal to spine, C;
— значение параметра Efficiency peak flatness along spine, d;
— значение параметра Efficiency contour gradient orthogonal to spine, C;
— значение параметра Efficiency peak flatness along spine, d;
— нормализованный приведенный перепад давлений
где — параметр Pressure ratio at design point;
— нормализованный приведенный массовый расход, при котором компрессор достигает значения параметра Maximum isentropic efficiency.
Вы можете настроить переменные эффективности для различных характеристик производительности. В качестве альтернативы, вы можете выбрать постоянное значение эффективности, используя параметр Constant isentropic efficiency.
Параметризация компрессора с использованием табличных характеристических данных
Если для параметра Parameterization установлено значение Tabulated,
изоэнтропийный КПД, перепад давления и приведенный массовый расход компрессора являются функциями приведенной скорости и индекса характеристических данных . Блок использует линейную интерполяцию между точками данных для КПД, перепада давления и приведенного массового расхода.
Если превышает 1, происходит помпаж компрессора, и блок предполагает, что перепад давления остается на уровне , в то время как массовый расход продолжает изменяться. Если условия моделирования опускаются ниже , блок моделирует эффект критического течения, при котором массовый расход остается на уровне , а перепад давления продолжает изменяться. Чтобы ограничить производительность компрессора в границах характеристических данных, блок экстраполирует изоэнтропийный КПД до ближайшей точки.
Вы можете получать уведомления, когда перепад давлений в расчетной точке превышает перепад давлений помпажа. Установите для параметра Report when surge margin is negative значение
Error, чтобы остановить моделирование в этом случае.
Уравнения непрерывности
Масса в блоке сохраняется в соответствии со следующим выражением:
где — массовый расход на выходном порту B.
Блок вычисляет уравнение баланса энергии как
где
— поток энергии через порт A.
— поток энергии через порт B.
— гидравлическая мощность, передаваемая жидкости, определяется по изменению удельной энтальпии .
Допущения и ограничения
В блоке предполагается, что перегретая жидкость поступает в порт A.
Блок определяет только поток компрессора из порта A в порт B. Результаты при обратных потоках могут быть неточными.
В блоке представлены только динамические компрессоры.
Параметризация производительности компрессора. Выберите аналитическую или табличную параметризацию:
Analytical — кривая зависимости приведенного перепада давления от массового расхода определяет пиковую производительность компрессора. Можно выбрать моделирование изоэнтропийного КПД как с постоянным значением или аналитически определяемым.
Tabulated — заданные пользователем характеристики компрессора определяют производительность компрессора. Блок определяет рабочие точки компрессора, используя линейную интерполяцию в табличных данных между значениями приведенного массового расхода, перепада давления и изоэнтропийного КПД в заданных точках в предоставленных пользователем приведенных векторах частоты вращения вала и . Характеристические данные по умолчанию основаны на данных, представленных в [3].
Значения
Analytical | Tabulated
Значение по умолчанию
Analytical
Имя для программного использования
parameterization
Вычисляемый
Да
#Corrected speed at design point —
номинальная приведенная скорость вала
rpm | deg/s | rad/s
Details
Скорость вала при заданном перепаде давления в компрессоре и приведенном массовом расходе с поправкой на температуру.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Analytical.
Единицы измерения
rpm | deg/s | rad/s
Значение по умолчанию
10000.0 rpm
Имя для программного использования
w_nominal
Вычисляемый
Да
#Pressure ratio at design point —
новинальный перепад давления от выхода до входа
Details
Перепад давления от выхода до входа при расчетном приведенном массовом расходе компрессора.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Analytical.
Значение по умолчанию
7.5
Имя для программного использования
p_ratio_nominal
Вычисляемый
Да
#Corrected mass flow rate at design point —
номинальный приведенный массовый расход
kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)
Details
Массовый расход при заданном перепаде давления в компрессоре с поправкой на температуру и давление.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Analytical.
Единицы измерения
kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)
Значение по умолчанию
33.0 kg/s
Имя для программного использования
mdot_nominal
Вычисляемый
Да
#Efficiency specification —
изоэнтропийная модель эффективности
Constant | Analytical
Details
Тип изоэнтропийной модели эффективности. Выберите модель с постоянной эффективностью или аналитическую модель. Используйте значение Analytical для указания значений переменных.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Analytical.
Максимальный изоэнтропийный КПД компрессора. Изоэнтропийный КПД — это отношение работы жидкости в изоэнтропийном приближении к фактической работе жидкости.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Analytical, а для параметра Efficiency specification значение Analytical.
Минимальный изоэнтропийный КПД компрессора. Изоэнтропийный КПД — это отношение работы жидкости в изоэнтропийном приближении к фактической работе жидкости.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Analytical, а для параметра Efficiency specification значение Analytical.
Значение по умолчанию
0.5
Имя для программного использования
min_efficiency
Вычисляемый
Да
#Corrected mass flow rate at maximum efficiency point —
приведенный массовый расход при максимальной эффективности компрессора
kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)
Details
Массовый расход при максимальной эффективности с поправкой на температуру и давление. Точка максимальной эффективности не обязательно совпадает с расчетной точкой компрессора.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Analytical, а для параметра Efficiency specification значение Analytical.
Единицы измерения
kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)
Значение по умолчанию
30.0 kg/s
Имя для программного использования
mdot_at_max_efficiency
Вычисляемый
Да
#Pressure ratio at maximum efficiency point —
перепад давления при максимальном КПД компрессора
Details
Перепад давления при максимальном КПД. Точка максимального КПД не обязательно совпадает с расчетной точкой компрессора.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Analytical, а для параметра Efficiency specification значение Analytical.
Значение по умолчанию
7.0
Имя для программного использования
p_ratio_at_max_efficiency
Вычисляемый
Да
#Constant isentropic efficiency —
значение постоянной изоэнтропийной эффективности
Details
Значение постоянного изоэнтропийного КПД в аналитической параметризации.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Analytical, а для параметра Efficiency specification значение Constant.
Значение по умолчанию
0.8
Имя для программного использования
const_efficiency
Вычисляемый
Да
#Corrected speed index vector, N —
вектор приведенных скоростей вала
rpm | deg/s | rad/s
Details
Вектор приведенных скоростей вала.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Tabulated.
#Beta index vector, beta —
вектор интервалов между линиями приведенной скорости
Details
Вектор относительных положений вдоль линий приведенной скорости. Критический поток возникает при , а поток в режиме помпажа — при . Линии перпендикулярны линиям постоянной скорости вала компрессора .
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Tabulated.
#Corrected mass flow rate table, mdot(N,beta) —
характеристические данные компрессора о приведенном массовом расходе
kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)
Details
Матрица приведенного массового расхода размером на при заданной приведенной частоте вращения вала и значении . Блок использует линейную интерполяцию между элементами таблицы. и — размеры соответствующих векторов:
— количество элементов вектора в параметре Corrected speed index vector, N;
— количество элементов вектора в параметре Beta index vector, beta.
#Isentropic efficiency table, eta(N,beta) —
характеристические данные компрессора об изоэнтропийной эффективности
Details
Матрица изоэнтропийной эффективности компрессора размером на при заданной приведенной частоте вращения вала и значении . Блок использует линейную интерполяцию между элементами таблицы. и — размеры соответствующих векторов:
— количество элементов вектора в параметре Corrected speed index vector, N;
— количество элементов вектора в параметре Beta index vector, beta.
#Pressure ratio table, pr(N,beta) —
характеристические данные компрессора о перепаде давления
Details
Матрица перепадов давления компрессора выход-вход размером на при заданной приведенной частоте вращения вала и значении . Блок использует линейную интерполяцию между элементами таблицы. и — размеры соответствующих векторов:
— количество элементов вектора в параметре Corrected speed index vector, N;
— количество элементов вектора в параметре Beta index vector, beta.
#Report when surge margin is negative —
действие при возникновении помпажа
None | Error
Details
Блок может ничего не делать или выдавать ошибку при обнаружении отрицательного запаса по помпажу.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Tabulated.
Значения
None | Error
Значение по умолчанию
None
Имя для программного использования
negative_surge_margin_assert_action
Вычисляемый
Да
Map Coefficients
#Spine shape, a —
показатель степени формы изолиний изоэнтропийной эффективности
Details
Показатель степени в аналитической параметризации характеристических данных компрессора, характеризующий изолинии изоэнтропийной эффективности в зависимости от перепада давления и приведенного расхода.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Analytical.
Значение по умолчанию
1.5
Имя для программного использования
coefficient_a
Вычисляемый
Да
#Speed line spread, b —
показатель степени для изолиний угловой скорости
Details
Показатель степени в аналитической параметризации характеристических данных компрессора, характеризующий постоянный шаг изолиний угловой скорости.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Analytical.
Значение по умолчанию
5.0
Имя для программного использования
coefficient_b
Вычисляемый
Да
#Speed line roundness, k —
коэффициент формы изолиний угловой скорости
Details
Коэффициент в аналитической параметризации характеристических данных компрессора, характеризующий форму изолиний угловой скорости.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Analytical.
Значение по умолчанию
0.03
Имя для программного использования
coefficient_k
Вычисляемый
Да
#Efficiency peak flatness orthogonal to spine, c —
показатель степени, характеризующий форму аналитической изоэнтропийной эффективности
Details
Показатель степени, связанный с гладкостью пика характеристических данных поверхности изоэнтропийной эффективности, ортогональной к ее изолиниям.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Analytical, а для параметра Efficiency specification значение Analytical.
Значение по умолчанию
3.0
Имя для программного использования
coefficient_c
Вычисляемый
Да
#Efficiency peak flatness along spine, d —
показатель степени, характеризующий форму аналитической изоэнтропийной эффективности
Details
Показатель степени, связанный с гладкостью пика характеристических данных поверхности изоэнтропийной эффективности вдоль ее изолиний.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Analytical, а для параметра Efficiency specification значение Analytical.
Значение по умолчанию
4.0
Имя для программного использования
coefficient_d
Вычисляемый
Да
#Efficiency contour gradient orthogonal to spine, C —
коэффициент, характеризующий форму аналитической изоэнтропийной эффективности
Details
Коэффициент, связанный с градиентом поверхности изоэнтропийной эффективности, ортогональным к ее изолиниям.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Analytical, а для параметра Efficiency specification значение Analytical.
Значение по умолчанию
15.0
Имя для программного использования
coefficient_C
Вычисляемый
Да
#Efficiency contour gradient along spine, D —
коэффициент, характеризующий форму аналитической изоэнтропийной эффективности
Details
Коэффициент, связанный с градиентом поверхности изоэнтропийной эффективности вдоль ее изолиний.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Analytical, а для параметра Efficiency specification значение Analytical.
Значение по умолчанию
1.0
Имя для программного использования
coefficient_D
Вычисляемый
Да
Reference Data
#Reference pressure for corrected flow —
корректирующее давление
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar
Details
Опорное давление на входе для характеристических данных компрессора. Если для параметра Parameterization установлено значение Tabulated, поставщик данных указывает это значение в соответствии с табличными данными компрессора. Если для параметра Parameterization установлено значение Analytical, это значение соответствует входному давлению при расчетных рабочих условиях.
Единицы измерения
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar
Значение по умолчанию
0.101325 MPa
Имя для программного использования
p_ref
Вычисляемый
Да
#Reference temperature for corrected flow —
корректирующая температура
K | degC | degF | degR | deltaK | deltadegC | deltadegF | deltadegR
Details
Опорная температура на входе для характеристических данных компрессора. Если для параметра Parameterization установлено значение Tabulated, поставщик данных указывает это значение относительно табличных данных компрессора. Если для параметра Parameterization установлено значение Analytical, это значение представляет собой температуру на входе при расчетных рабочих условиях.
Greitzer, E. M. et al. «N+3 Aircraft Concept Designs and Trade Studies. Volume 2: Appendices – Design Methodologies for Aerodynamics, Structures, Weight, and Thermodynamic Cycles.» NASA Technical Report, 2010.
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.