主要内容

热液管道模型

本教程展示了如何模拟泵驱动的热液体管道。管道系统包括泵、管道和两个热液储液器。泵产生动力,管道在储层之间输送流体。储层作为管道系统的压力和温度边界条件。注意,“热”指的是固体系统的特性,而“热液”指的是流体系统的特性。

热液管道示意图

储层条件固定在室温,293.15 K,大气压力,0.101325 MPa。外管表面温度固定在275k。管道流体体积最初处于室温,但通过摩擦加热和传导冷却的共同作用,逐渐向新的稳态值移动。管道的热阻是这些对流电阻和传导电阻的结合。

管热电阻

墙体热阻组合

一个管(TL)块模型的对流热阻在内部管道表面和加热由于摩擦在热液体。一个传导传热块模型之间的导热热电阻内外管道表面。

开始一个新的模式

  1. 在MATLAB®命令提示符,输入ssc_new.MATLAB打开Simscape™模型模板。该模板为您提供了一个起点Simscape液体™模型,包括一个Solver Configuration块,一个Simulink-PS转换器块,一个PS-金宝appSimulink转换器块,和一个Scope块,使您能够查看您的模拟结果。在本例中,您将不需要Simulink-PS转金宝app换器模块。

  2. 在添加新块时经常保存模型。

  3. 模拟选项卡上,单击库浏览器.在弹出窗口中,选择Simscape>基础库>热的液体>公用事业公司库,并拖动热液设定(TL)块到模型画布。这个块定义了热液体的物理特性,包括它的粘度、导热系数和体积模量。

  4. 连接解算器配置热液设定(TL)块如图所示。的解算器配置块为您的模型提供Simscape求解器设置。每个物理网络需要一个求解器配置块。

管道模型

  1. 打开库浏览器.选择Simscape>基础库>热的液体>元素图书馆,拖两个水库(TL)块到模型画布。储层块为管道模型设定了压力和温度边界条件。

  2. Simscape>液体>热的液体库,插入这些块。

    图书馆 目的
    管(TL) 管道及配件 储层间热液体管道
    定量泵(TL) 泵与电机 发电来源

  3. 连接块并验证你的连接在下面的图中。注意,块可以旋转。

    1. 港口一个管道(TL)块连接到端口B固定排量泵(TL)块。

    2. 港口BPipe (TL)区块的一个连接到Reservoir (TL)区块。这是一个热液体水槽。

    3. 港口一个固定排量泵(TL)块与第二个油藏(TL)块、Solver Configuration块和热液设置(TL)块连接。储层块作为热液源。

    组件颜色表示它们所代表的物理域:黄色表示热液体,红色表示热,绿色表示机械旋转。泵和管道块是多域块,您可以使用它们连接不同的物理域。

  4. 管(TL)块,设置管长度参数1000m.这个长度导致了可见的压力损失,这是由于管道壁上的摩擦耗散和传热造成的。

介绍热传导

  1. 打开库浏览器然后把这些块从Simscape>基础库

    图书馆 目的
    传导传热 >热元素 模拟通过管壁传导到周围环境的热损失
    热参考 >热元素 为物理信号输入提供温度参考
    控制温度源 >热的来源 作为一种理想的能源,无论热流速率如何,都能保持温度
    PS常数 物理信号>来源 指定环境温度

  2. 连接块并验证你的连接在下面的图中。注意,块可以旋转。

    1. 连接端口B导电传热块的端口HPipe (TL)块的。

    2. 连接端口B将受控温度源块发送到端口一个传导传热块。

    3. 将PS常量块连接到端口年代受控温源块的。

    4. 连接热参考块到端口一个受控温源块的。

  3. PS常数块参数窗口,设置常数参数275 K.这是环境温度。

  4. 传导传热块,设置区域参数π* 0.1128 * 10002.这是用液压直径表示的管道表面积,0.1128米,长度,1000m。默认的热导率价值是铜,401 W /(可)

泵扭矩建模

  1. 打开库浏览器然后插入这些块Simscape基础库

    图书馆 目的
    理想的转矩源 机械>机械的来源 设置泵转矩率为物理信号
    机械旋转参考 机械>旋转元素 作为理想转矩源的参考,并将物理信号保持在指定值
    PS常数 双击浏览器空白区域,输入PS常数,点击输入 指定泵转矩

  2. 连接积木并验证你在图中的连接。注意,块可以旋转。

    1. 连接端口R的固定排量泵(TL)块,它代表泵轴的旋转,以端口R的理想扭矩源块。

    2. 连接端口C的理想扭矩源块,代表泵的外壳,以端口C固定排量泵(TL)块和机械旋转参考块。

    3. 连接端口年代的理想扭矩源块到PS常数块。

  3. PS常数“阻塞参数”窗口,设置常数参数50 N * m

添加热液体传感器

  1. 打开库浏览器并将这些块添加到模型中。

    图书馆 目的
    质能流量传感器(TL) Simscape>基础库>热的液体>传感器 测量热液域的Through变量并返回物理信号
    PS-金宝appSimulink转换器 Simscape>公用事业公司 将物理信号转换为Simulink金宝app®信号
    范围 金宝app> 块模型的信号金宝app

  2. 连接积木并验证你在图中的连接。注意,块可以旋转。

    1. 您的Pipe (TL)区块连接到1.5.4节中的储层,为系统提供压力和温度边界条件。现在您将添加一种测量管道流量的方法。断开连接的端口B从Reservoir区块将Pipe (TL)区块连接到端口一个质量和能量流量传感器(TL)块。

    2. 连接端口B将质能流量传感器块与储层块进行对比。

    3. 连接端口将质能流量速率传感器(TL)模块转换为PS-Simulink转换器模块。金宝app

    4. 连接PS-Simulink转换金宝app器模块到Scope模块。点击范围块并将其命名为“质量流量率范围”。

  3. 打开库浏览器并将这些块添加到模型中。您还将使用PS-Simulink Converte金宝appr和Scope块,这些块是在您打开新模型时包含的。

    图书馆 目的
    压力和温度传感器(TL) Simscape>基础库>热的液体>传感器 测量热液域的跨变量并返回物理信号
    绝对引用(TL) Simscape>基础库>热的液体>元素 在压力和温度等于零的情况下提供一个控制参考

  4. 连接积木并验证你在图中的连接。注意,块可以旋转。

    1. 从端口创建分支B,并将其连接到端口一个压力和温度传感器(TL)块。

    2. 连接端口B从压力和温度传感器(TL)块到绝对参考块。

    3. 连接端口T将压力和温度传感器(TL)模块转换为PS-Simulink转换器模块。金宝app

    4. 如果PS-Simul金宝appink转换器还没有连接到剩余的Scope块,请将两者连接起来。点击此范围块并将其命名为“温度范围”。

模拟管道模型

Simscape模型模板为该模型指定了合适的求解器设置。您可以通过打开模拟选项卡并单击运行>运行.一旦模型编译完成,打开质量流量范围。当热液体从静止状态过渡到新的稳态速度时,你的图应该显示出流速的快速变化。

您可以试验其他块设置和输入信号。尝试设置管(TL)流体惯性参数,然后运行您的模型。图中显示了流体动态可压缩性和流体惯性对质量流量图的综合影响。