Centrifugal Pump (TL)

Центробежный насос в сети теплопроводной жидкости.

Тип: EngeeFluids.ThermalLiquid.Turbomachinery.CentrifugalPump

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Fluids/Thermal Liquid/Pumps & Motors/Centrifugal Pump (TL)

Описание

Блок Centrifugal Pump (TL) моделирует центробежный насос, передающий энергию от вала к жидкости в сети теплопроводной жидкости. Перепад давления и механический крутящий момент являются функциями напора насоса и эффективной мощности, которые зависят от производительности насоса. Насос можно параметризовать аналитически или путем линейной интерполяции табличных данных. Законы подобия насоса определяют основные физические принципы работы блока, которые масштабируют производительность насоса в зависимости от отношения текущих значений угловой скорости насоса и диаметра рабочего колеса к опорным значениям угловой скорости и диаметра соответственно.

По умолчанию, расход и перепад давления, создаваемые насосом, направлены так, что поток и градиент давления направлены от порта A к порту B. Порт C представляет собой корпус насоса, а порт R — вал насоса. Нормальное направление вращения вала можно указать в параметре Mechanical orientation. Если вал начинает вращаться в противоположном направлении, разница давлений на насосе падает до нуля.

centrifugal pump il 1

Аналитическая параметризация

Если установить для параметра Pump parameterization значение Capacity, head, and brake power at reference shaft speed, блок вычисляет прирост давления на насосе как функцию законов подобия насоса и разности заданных давлений:

где

— прирост опорного давления, который блок вычисляет путем квадратичной аппроксимации разницы давлений насоса между значениями параметров Maximum head at zero capacity, Nominal head и Maximum capacity at zero head;
— угловая скорость вала, ;
— значение параметра Reference shaft speed;
— значение параметра Impeller diameter scale factor; этот блок не отражает изменения эффективности насоса в зависимости от его размера;
— плотность жидкости в сети.

Крутящий момент на валу равен

Опорная эффективная мощность рассчитывается как . Кривая КПД (efficiency) насоса имеет квадратичную форму, пик которой соответствует значению параметра Nominal brake power, и она падает до нуля, когда производительность (расход) равна нулю или максимуму.

Блок вычисляет опорный расход следующим образом:

Параметризация одномерных табличных данных

Если установить для параметра Pump parameterization значение 1D tabulated data - head and brake power vs. capacity at reference shaft speed, прирост давления на насосе является функцией параметра Reference head vector, , который является функцией опорного значения расхода :

где — ускорение свободного падения.

Блок рассчитывает крутящий момент на валу на основе параметра Reference brake power vector, , который является функцией опорного расхода:

где — значение параметра Reference density. Опорный расход равен

она используется блоком для интерполяции значений параметров Reference capacity vector, Reference head vector и Reference brake power vector в зависимости от .

Когда результаты моделирования выходят за пределы диапазона, заданного в таблицах, блок экстраполирует напор на основе среднего наклона кривых насоса и эффективной мощности до ближайшей точки.

Параметризация двумерных табличных данных

Если установить для параметра Pump parameterization значение 2D tabulated data - head and brake power vs. capacity and shaft speed, прирост давления на насосе является функцией параметра Head table, H(q,w), , который является функцией опорного расхода и угловой скорости вала :

Крутящий момент на валу является функцией параметра Brake power table, Wb(q,w), , который является функцией опорного расхода и угловой скорости вала :

Опорный расход равен

Недостающие данные

Если в вашей таблице есть неизвестные значения, используйте NaN в параметрах Head table, H(q,w) и Brake power table, Wb(q,w) вместо этих значений. Блок заполняет элементы NaN путем экстраполяции на основе среднего наклона кривых насоса. Не используйте искусственные числовые значения, поскольку они искажают поведение насоса при работе в этом диапазоне. При использовании неизвестных данных:

Элементы NaN в таблице должны располагаться последовательно;
Положения элементов NaN в таблице в параметрах Head table, H(q,w) и Brake power table, Wb(q,w) должны совпадать;
Элементы NaN должны располагаться в левом нижнем углу таблицы, что соответствует наибольшей производительности и наименьшей угловой скорости вала.

Энергетический баланс

Механическая работа является результатом обмена энергией между валом и жидкостью. Уравнение баланса энергии имеет вид

где

— поток энергии в порту A;
— поток энергии в порту B.

Гидравлическая мощность насоса является функцией разности давлений между портами насоса

Допущения и ограничения

Если вал вращается в направлении, противоположном заданному параметру Mechanical orientation, разница давлений на блоке падает до нуля, и результаты могут быть неточными.
Блок не учитывает динамическое давление в насосе. Блок учитывает только напор насоса, обусловленный статическим давлением.

Порты

Ненаправленные

# A — порт теплопроводной жидкости
теплопроводная жидкость

Details

Ненаправленный порт, связанный с входным сечением насоса.

Имя для программного использования

port_a

# B — порт теплопроводной жидкости
теплопроводная жидкость

Details

Ненаправленный порт, связанный с выходным сечением насоса.

Имя для программного использования

port_b

# R — вал рабочего колеса
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с валом рабочего колеса.

Имя для программного использования

rod_flange

# C — корпус насоса
вращательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с корпусом.

Имя для программного использования

case_flange

Параметры

Parameters

# Pump parameterization — параметризация напора и эффективной мощности
Capacity, head, and brake power at reference shaft speed | 1D tabulated data - head and brake power vs. capacity at reference shaft speed | 2D tabulated data - head and brake power vs. capacity and shaft speed

Details

Параметризация напора и эффективной мощности насоса, заданная следующим образом:

Capacity, head, and brake power at reference shaft speed — параметризация прироста давления насоса и крутящего момента на валу с помощью аналитических методов;
1D tabulated data - head and brake power vs. capacity at reference shaft speed — параметризация напора и эффективной мощности на основе табличных данных напора и эффективной мощности при заданной производительности;
2D tabulated data - head and brake power vs. capacity and shaft speed — параметризация напора и эффективной мощности на основе табличных данных напора и эффективной мощности при заданной производительности и угловой скорости вала.

Значения	`Capacity, head, and brake power at reference shaft speed` \| `1D tabulated data - head and brake power vs. capacity at reference shaft speed` \| `2D tabulated data - head and brake power vs. capacity and shaft speed`
Значение по умолчанию	`Capacity, head, and brake power at reference shaft speed`
Имя для программного использования	`paramerization`
Вычисляемый	Нет

# Nominal capacity — объемный расход насоса
m^3/s | mm^3/s | cm^3/s | m^3/hr | m^3/min | l/hr | l/min | l/s | gal/hr | gal/min | gal/s | ft^3/hr | ft^3/min | ft^3/s

Details

Номинальный объемный расход насоса при заданной угловой скорости вала.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Pump parameterization значение Capacity, head, and brake power at reference shaft speed.

Единицы измерения	`m^3/s` \| `mm^3/s` \| `cm^3/s` \| `m^3/hr` \| `m^3/min` \| `l/hr` \| `l/min` \| `l/s` \| `gal/hr` \| `gal/min` \| `gal/s` \| `ft^3/hr` \| `ft^3/min` \| `ft^3/s`
Значение по умолчанию	`45.0 l/min`
Имя для программного использования	`Vdot_nominal`
Вычисляемый	Да

# Nominal head — напор насоса
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

Номинальный перепад давления насоса, нормированный относительно силы тяжести и плотности жидкости, при заданной угловой скорости вала.

Зависимости

Единицы измерения	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
Значение по умолчанию	`40.0 m`
Имя для программного использования	`nominal_head`
Вычисляемый	Да

# Nominal brake power — мощность насоса
W | uW | mW | kW | MW | GW | V*A | HP_DIN

Details

Номинальная механическая мощность на валу при заданной угловой скорости.

Зависимости

Единицы измерения	`W` \| `uW` \| `mW` \| `kW` \| `MW` \| `GW` \| `V*A` \| `HP_DIN`
Значение по умолчанию	`0.85 kW`
Имя для программного использования	`nominal_mechanical_power`
Вычисляемый	Да

# Maximum head at zero capacity — максимальный напор насоса при отсутствии расхода
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

Максимальный напор насоса при отсутствии расхода при заданной угловой скорости. Этот параметр определяет опорный перепад давления на насосе, который блок использует для аппроксимации квадратного уравнения для давления в дополнение к параметрам Nominal capacity, Nominal head и Maximum capacity at zero head.

Зависимости

Единицы измерения	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
Значение по умолчанию	`60.0 m`
Имя для программного использования	`max_head_at_zero_Vdot`
Вычисляемый	Да

# Maximum capacity at zero head — максимальный расход при нулевом напоре
m^3/s | mm^3/s | cm^3/s | m^3/hr | m^3/min | l/hr | l/min | l/s | gal/hr | gal/min | gal/s | ft^3/hr | ft^3/min | ft^3/s

Details

Максимальный объемный расход, создаваемый насосом при нулевом напоре при заданной угловой скорости. Этот параметр определяет опорный перепад давления на насосе, который блок использует для аппроксимации квадратного уравнения для давления в дополнение к параметрам Nominal capacity, Nominal head и Maximum head at zero capacity.

Зависимости

Единицы измерения	`m^3/s` \| `mm^3/s` \| `cm^3/s` \| `m^3/hr` \| `m^3/min` \| `l/hr` \| `l/min` \| `l/s` \| `gal/hr` \| `gal/min` \| `gal/s` \| `ft^3/hr` \| `ft^3/min` \| `ft^3/s`
Значение по умолчанию	`80.0 l/min`
Имя для программного использования	`Vdot_max_at_zero_head`
Вычисляемый	Да

Details

Опорная угловая скорость для расчетов по закону подобия.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Pump parameterization значение Capacity, head, and brake power at reference shaft speed или 1D tabulated data - head and brake power vs. capacity at reference shaft speed.

Единицы измерения	`rad/s` \| `deg/s` \| `rad/min` \| `deg/min` \| `rpm` \| `rps`
Значение по умолчанию	`1770.0 rpm`
Имя для программного использования	`w_nominal`
Вычисляемый	Да

# Minimum shaft speed threshold as fraction of reference — пороговое значение для минимальной угловой скорости вала

Details

Пороговое значение для минимальной скорости вращения вала в виде доли от опорной угловой скорости вала. Блок использует это значение, чтобы предотвратить обнуление скорости вращения вала и возникновение ошибки деления на ноль в выражении для .

Зависимости

Значение по умолчанию	`0.01`
Имя для программного использования	`w_threshold_factor`
Вычисляемый	Да

# Impeller diameter scale factor — отношение диаметра модели к опорному диаметру

Details

Отношение диаметра модели к опорному диаметру для расчетов по закону подобия. Измените это значение, если существует разница между опорным и системным диаметрами рабочего колеса, например, при проверке масштабирования насоса. Для системных насосов меньшего диаметра, чем эталонный насос, используйте значение меньше единицы. Для системных насосов большего диаметра, чем эталонный насос, используйте значение больше единицы. Блок не моделирует изменения КПД насоса в зависимости от его размера.

Значение по умолчанию	`1.0`
Имя для программного использования	`diameter_ratio`
Вычисляемый	Да

# Mechanical orientation — направление вращения вала
Positive angular velocity of port R relative to port C corresponds to normal pump operation | Negative angular velocity of port R relative to port C corresponds to normal pump operation

Details

Направление вращения вала для создания потока от порта A к порту B.

Значения	`Positive angular velocity of port R relative to port C corresponds to normal pump operation` \| `Negative angular velocity of port R relative to port C corresponds to normal pump operation`
Значение по умолчанию	`Positive angular velocity of port R relative to port C corresponds to normal pump operation`
Имя для программного использования	`orientation`
Вычисляемый	Нет

# Cross-sectional area at ports A and B — площадь поперечного сечения потока на входе и выходе насоса
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Площадь поперечного сечения потока на входе и выходе насоса. В блоке предполагается, что площади равны.

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	`0.01 m^2`
Имя для программного использования	`area`
Вычисляемый	Да

# Check if operating beyond normal pump operation — опция уведомления о выходе блока за пределы рабочих параметров
None | Error

Details

Опция уведомления о выходе блока за пределы нормальных параметров работы насоса. Эта ситуация возникает, когда расход через насос отрицательный или превышает максимальную производительность насоса.

Зависимости

Значения	`None` \| `Error`
Значение по умолчанию	`None`
Имя для программного использования	`Vdot_assert_action`
Вычисляемый	Нет