Flowmaster的元件及使用方法介紹(內(nèi)部資料)

Flowmaster元件簡(jiǎn)介元件種類-流體輸運(yùn)類Bends CircularBends RectangularBendsValves ControlValves 12DifferentTypes CheckValves Swing-CheckValve Clapper-CheckValve Plug-CheckValve ReliefValves PoppetReliefValveHeatExchangers Radiator HeatExchanger Heater/CoolerPipes&Passages Cylindrical Rectangular Prismatic Hexagonal RotatingPassageTransitions Abrupt GradualPumps RotodynamicPumps Compressor CentrifugalFanControllers ScriptController TabularData CurveInput PID MotorTorqueController PressureUnloaderSources FlowSource PressureSource ZeroFlowBlankEnd PressureVsFlowSourceJunctions Y–Junctions T–JunctionsOrifices Sharp-EdgedConical Long Radiussed Square Sharp-EdgedStandard OrificePlateReservoirs General ConstantHead VariableHead FiniteArea StorageVessel 2-ArmedTank 3-ArmedTank ExpansionTankAccumulators AirVessel Bladder VentedAirVessel Diaphragms WeirsMiscellaneous Gauges ECMsDiscreteLosses GeneralLossComponentSolids PointMass SolidBar ThermalBridge TemperatureSource HeatSourceACComponents Evaporator Condenser Compressor Accumulator ReceiverDrier FixedOrificeTube ThermalExpansionValve VariableOrificeValve元件種類-流體做功類Pipes&Passages Cylindrical RotatingPassageReservoirs&Sources Reservoirs FiniteArea 2-ArmedTank 3-ArmedTank ExpansionTank Sources FlowSource PressureSource ZeroFlowBlankEnd PressureVsFlowSourceDCV’s6Available 2Port 3Port 4Port 2Position 3Position(3)ValveDynamics PressureReducing PressureSequence CounterBalance PressureReliefMiscellaneous Gauges ECMsPumps Rotodynamic PositiveDisplacement Motors HydraulicGearAccumulators AccumulatorControllers TabularData CurveInput PID MotorTorqueController PressureUnloaderControllerLosses GeneralLossComponent 2DifferentBends SmoothMitreCircular Transitions Abrupt Gradual Orifices Sharp-Edged(Conical) Long Radiussed Square Sharp-EdgedStandardOrificePlateSolids PointMass SolidBar ThermalBridge HeatSource TemperatureSourceControlValves VariableThrottle PressureReducing PressureRelief SimpleReliefValveCylinders 1Rod2ActingFaces 1Rod1ActingFace 2Rods2ActingFacesLoads

LoadVsTime LoadVsOperationalVariableCheckValves Simple Pilot SpringHeatExchangers Radiator HeatExchanger Heater/Cooler系統(tǒng)簡(jiǎn)化通常在建模過程中，應(yīng)盡量根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化后的系統(tǒng)模型能夠大大的縮短計(jì)算時(shí)間，并能夠反應(yīng)出系統(tǒng)的關(guān)鍵性能與主要影響因素。可以忽略系統(tǒng)中流動(dòng)阻力較小的部件，因?yàn)楹雎赃@些部件并不會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。可以用discreteloss部件代替系統(tǒng)中眾多的流阻元件，代替的原則是使discreteloss部件流阻等于被替代的眾多部件流阻和，即替代前后系統(tǒng)局部的流阻－流量曲線一致，這樣做將大大提供系統(tǒng)的計(jì)算時(shí)間和收斂性。可以用一個(gè)泵元件替代并聯(lián)支路的多個(gè)泵，替代原則同樣為替代前后系統(tǒng)局部壓升－流量曲線不變。等值流阻通路串聯(lián)并聯(lián)DLP1Q1P2Q2管道類元件六種形狀CylindricalRectangularHexagonalPrismaticRotatinghoseInternalduct三種摩擦模型Colebrook-WhiteHazen-WilliamsFixedfriction摩擦計(jì)算模型摩擦計(jì)算模型的選用選項(xiàng)1:Colebrook-White模型需要給出管路內(nèi)壁的表面粗糙度，在SinglePhase穩(wěn)態(tài)計(jì)算用戶手冊(cè)中給出了典型材料加工工藝管路內(nèi)壁表面粗糙度的數(shù)值選項(xiàng)2:Hazen-Williams模型

在工業(yè)水供給及水分配處理行業(yè)常使用這種模型選項(xiàng)3:FixedFriction固定摩擦系數(shù)當(dāng)雷諾數(shù)大于Re=106以后，損失系數(shù)f漸漸趨于定值，這種方法可以提高系統(tǒng)中含有眾多管路計(jì)算所需的時(shí)間當(dāng)已知系統(tǒng)壓力梯度時(shí)，可以通過給定損失系數(shù)的方法對(duì)模型進(jìn)行校正Colebrook-White模型常用管道的粗糙度管道元件的使用彎頭類相對(duì)來說彎頭為低流阻元器件，通常只有當(dāng)系統(tǒng)整個(gè)流動(dòng)損失均較小時(shí)才需要考慮彎頭的影響，在較長(zhǎng)的系統(tǒng)管路計(jì)算中往往可以不考慮彎頭的影響。彎頭流阻計(jì)算方程如下：彎頭元件的使用控制閥閥門的開度參數(shù)即可以在參數(shù)表中直接輸入，也可以通過控件進(jìn)行控制。如果既在參數(shù)表中輸入了開度參數(shù)，又使用控件進(jìn)行控制，則控件的參數(shù)值優(yōu)先級(jí)大于參數(shù)表中設(shè)定值。Flowmaster提供了不同閥門的流動(dòng)損失系數(shù)曲線以及損失系數(shù)隨閥門開度變化曲線(詳見'InternalFlowSystems',D.S.Miller,1stEdition)，閥門壓力損失方程為：控制閥“Y”ValveVariableThrottle(HydraulicPowerApplications)PressureReliefValve(HP)PressureReducingValve(HP)BallValveButterflyValveGateValveGlobeValveAngleValveSluicevalve控制閥-蝶閥Blakeborough:同心蝶閥——該種蝶閥的結(jié)構(gòu)特征為閥桿軸心、蝶板中心、本體中心在同一位置上。

TypeA:單偏心蝶閥——其結(jié)構(gòu)特征為閥桿軸心偏離了蝶板中心、從而使蝶板上下端不再成為回轉(zhuǎn)軸心、分散、減輕了蝶板上下端與閥座的過度擠壓。

TypeB:雙偏心蝶閥——其結(jié)構(gòu)特征為在閥桿軸心既偏離蝶板中心、也偏離本體中心。

TypeC:三偏心蝶閥——其結(jié)構(gòu)特征為在雙偏心的閥桿軸心位置偏心的同時(shí)、使蝶板密封面的圓錐型軸線偏斜于本體圓柱軸線、也就是說、經(jīng)過第三次偏心后、蝶板的密封斷面不再是真圓、而是橢圓、其密封面形狀也因此而不對(duì)稱、一邊傾斜于本體中心線、另一邊則平行于本體中心線。控制閥-球閥Ballvalve:一般使用旋轉(zhuǎn)式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)Globevalve:最早的調(diào)節(jié)閥閥芯型面是球型面的，現(xiàn)在也廣泛使用活塞或薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)。ballvalve泄漏量小，流通能力控制閥的使用單向閥單向閥Swing-CheckValve可用來模擬任何單向流動(dòng)的閥門，比如check,reflux以及non-return等類型閥門。這一類型閥門的特點(diǎn)是通?？梢杂蓧毫p失－流速曲線給定閥門的流動(dòng)特性。Clapper-CheckValve這類閥門為swing-checkvalve中的一種特例，在閥門的頂部設(shè)置一擺片并依靠流體的流動(dòng)決定擺片的打開或關(guān)閉（詳見聯(lián)機(jī)幫助文件）。擺片依靠自身重力而關(guān)閉，當(dāng)出現(xiàn)逆流時(shí)會(huì)輔助擺片關(guān)閉。使用這種閥門需要提供更詳細(xì)的閥門參數(shù)，包括閥門的水力扭矩系數(shù)與閥門開度的關(guān)系曲線。單向閥Plug-CheckValve在這類閥門體內(nèi)流體通道發(fā)生90°的轉(zhuǎn)變，閥門內(nèi)部密封銷可以沿垂直方向上下移動(dòng)。當(dāng)密封銷位于閥門體最下端時(shí)，閥門處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)流體上游的壓力大于流體下游的壓力時(shí)，密封銷漸漸向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)閥門逐漸打開并最終處于平衡狀態(tài)。PoppetCheckValve這類閥門可以用來模擬大部分彈簧單向閥，可以有效的阻止管路內(nèi)的反向流動(dòng)。只有當(dāng)流體壓差作用在閥門盤上的力大于彈簧壓力的時(shí)候，閥門才處于打開狀態(tài)，并且壓差不同開度也發(fā)生變化。這個(gè)部件同樣可以模擬在閥門打開間隙過程中，壓力分配所引起的遲滯現(xiàn)象。當(dāng)研究閥門部分開啟時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程時(shí)，遲滯現(xiàn)象將非常有意義。單向閥SimpleCheckValve與SpringOperatedCheckValve這類簡(jiǎn)單的單向閥門可以用來阻止管路中的逆流，并且只有當(dāng)正向壓差大于設(shè)定值時(shí)，閥門才會(huì)打開?？梢詫蓚€(gè)simplecheckvalves(沒有彈簧)反向設(shè)置來模擬往復(fù)閥。上述兩個(gè)沒有彈簧和有彈簧simplecheckvalves的主要區(qū)別在于后者在零流量的時(shí)候同樣有非常顯著的壓力損失。當(dāng)閥門處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，僅僅有滲漏流量。單向閥PilotCheckValvePilotcheckvalve為一個(gè)兩支路部件，擁有兩個(gè)流動(dòng)端口。pilotpressure端口在閥門內(nèi)部并與流體入口端相連，pilotpressure在特定條件下將使閥門處于打開狀態(tài)并發(fā)生逆流，除此之外PilotCheckValve的工作特性與simplecheckvalve一致。這類閥門的典型應(yīng)用是將hydrauliccylinder鎖定在固定位置。需要特別注意的是pilotpressure端并不是必要的連接端之一，需要提供的參數(shù)包括沿著自由流動(dòng)方向壓力損失與流量關(guān)系曲線以及pilot反向關(guān)系曲線。單向閥的使用換向閥方向控制閥的流動(dòng)特性通過流通面積――閥芯位置、壓力損失――流量?jī)蓷l關(guān)系曲線進(jìn)行模擬。流動(dòng)通道的面積由端口連接關(guān)系、閥芯位置以及通道面積開度曲線共同確定，對(duì)于相應(yīng)流動(dòng)通道，壓力損失通過壓力損失――流量特性曲線給出：特定壓降下的流量=實(shí)際流量/通道面積比換向閥換向閥的使用安全閥PoppetReliefValve提動(dòng)式溢流閥Poppetreliefvalve用于模擬流體由系統(tǒng)向外排放過程，可以用于穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)過程分析。poppetreliefvalve可以模擬向大氣中進(jìn)行排放或者不同壓差間的排放，如果流經(jīng)閥門的壓差大于觸發(fā)壓力，閥門將加速打開。如果動(dòng)態(tài)過程的時(shí)間步長(zhǎng)大于閥門的動(dòng)作執(zhí)行時(shí)間，易引起系統(tǒng)分析的不穩(wěn)定。PressureReliefValve減壓閥處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)會(huì)有少量的溢流，當(dāng)正向流體壓差大于閥門開啟壓力后閥門打開，打開后的流量受閥門上下游壓力、閥門流動(dòng)特性曲線等因素共同影響。安全閥的使用接頭類Flowmaster器件庫中的接頭部件包括各種角度的T型接頭以及Y型接頭，各種接頭又分為不同的流通支路面積比。接頭屬于低流動(dòng)損失部件，只有當(dāng)接頭與管路的連接損失較大時(shí)才會(huì)對(duì)系統(tǒng)的結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，此外，建議在建模時(shí)忽略接頭元件，因?yàn)樵黾咏宇^元件會(huì)大大提高動(dòng)態(tài)計(jì)算所需時(shí)間。在《InternalFlowSystems》一書中，并沒有考慮支路流量小于總流量10%的情況、以及沒有考慮支路面積小于干路面積20%的情況，F(xiàn)lowmaster將對(duì)超過這些范圍的流動(dòng)情況根據(jù)插值進(jìn)行計(jì)算。建議在系統(tǒng)中省略接頭元件，以防引起計(jì)算收斂錯(cuò)誤，因?yàn)楫?dāng)接頭支路流量為零時(shí)，接頭的損失也趨于零，此時(shí)省略接頭元件對(duì)系統(tǒng)結(jié)果引起的誤差是可以被忽略不記的。過渡接頭類AbruptTransition突變過渡接頭GradualTransition漸變過渡接頭這兩個(gè)部件用于模擬因管路直徑發(fā)生變化而引起的流動(dòng)損失，在較長(zhǎng)管路組成的系統(tǒng)中，由于管路直徑變化所引起的流動(dòng)損失相對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的流阻較小，因而建議用戶在這些情況下忽略這個(gè)部件，而直接將不同直徑的管路連接到同一個(gè)節(jié)點(diǎn)上。節(jié)流孔類?Sharp-Edged(Conical)尖角圓錐型?Long長(zhǎng)孔?Radiussed半徑型?Square方型?Sharp-Edged(Standardorificeplate)尖角圓盤型節(jié)流孔類型節(jié)流孔類型泵類根據(jù)流動(dòng)特點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械水泵可以統(tǒng)分為三大類：?Radial徑流泵?Mixed混流泵?Axial軸流泵在數(shù)學(xué)模型選用時(shí)，是根據(jù)比轉(zhuǎn)速對(duì)泵進(jìn)行分類，比轉(zhuǎn)速(Ns)的定義：泵類Flowmaster泵參數(shù)表中要求用戶輸入泵特性曲線，特性曲線的格式可以為無量鋼的形式，也可以為流量――揚(yáng)程實(shí)際值。Flowmaster能夠模擬泵的串聯(lián)或并聯(lián)支路計(jì)算，這對(duì)多泵系統(tǒng)的故障診斷是非常重要的功能；然而如果泵之間的相互影響并不是主要的研究對(duì)象，建議用戶采用一個(gè)等效性能的單泵替代多個(gè)泵串聯(lián)或并聯(lián)的情況。?徑流時(shí) Ns=25?混流時(shí) Ns=147?軸流時(shí) Ns=261混流泵使用示例泵類FluidPower模塊中提供了三種排量泵:?Vane葉輪泵?Piston柱塞泵?Gear齒輪泵在Flowmaster模型中，齒輪泵的排量是固定的，而葉輪泵和活塞泵的排量即可以是固定的也可以是變化的。排量泵使用示例PositiveDisplacement-Data-basedPump風(fēng)扇與壓縮機(jī)類軸流風(fēng)機(jī)使用示例風(fēng)扇使用示例換熱器類換熱器類水箱類?GeneralReservoir普通水箱?ConstantHeadReservoir固定高度水箱?VariableHeadReservoir變高度水箱?FiniteAreaReservoir特定橫截面水箱?StorageVessel存貯器?2-ArmedTank兩支路水箱?3-ArmedTank三支路水箱?ThermalExpansionReservoir熱膨脹水箱水箱類普通水箱、固定高度水箱、變高度水箱的用法是為系統(tǒng)提供壓力邊界條件，見如下方程：普通水箱可以計(jì)算流體流進(jìn)、流出水箱時(shí)的流動(dòng)損失，F(xiàn)lowmaster提供了幾種常見布置形式下的特性曲線。水箱類變高度水箱用來模擬變壓力的邊界條件，用戶可以給定水箱液面高度隨時(shí)間變化曲線。特定橫截面水箱同樣可以模擬流體流進(jìn)、流出水箱的損失，如果水箱內(nèi)流體的高度參數(shù)沒有設(shè)定，F(xiàn)lowmaster將視為該支路流量為零，并根據(jù)連接點(diǎn)的壓力計(jì)算出零流量下水箱內(nèi)液面高度。存貯器元件通常用來模擬地下液體存貯器，例如燃油的地下儲(chǔ)存和加注過程。燃油的取出通過向存貯器一側(cè)泵入鹽水，依靠鹽水的高密度將另一側(cè)的燃油壓出，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)運(yùn)過程。兩支路水箱可以用來模擬任意擁有兩個(gè)支路的水箱（油箱），兩個(gè)支路的高度可以分別給定。水箱類三支路水箱元件基于兩支路水箱模型，三個(gè)支路的參數(shù)可以分別給定，并且每一支路的流動(dòng)方程均有兩支路水箱類似，三支路水箱相當(dāng)于向系統(tǒng)提供了三個(gè)壓力邊界。三支路水箱與兩支路水箱的主要區(qū)別在于當(dāng)某一支路暴露時(shí)的流動(dòng)情況(液面高度<支路高度)，此時(shí)如果水箱內(nèi)壓力高于支路連接點(diǎn)的壓力，F(xiàn)lowmaster將認(rèn)為該支路的流量為零(而兩支路水箱在這種情況下，暴露支路仍可能具有流量，詳盡聯(lián)機(jī)用戶手冊(cè))。熱膨脹水箱元件也是基于兩支路水箱模型，用來模擬可變內(nèi)部壓力的密閉容器。容器內(nèi)部流體與外界環(huán)境之間的熱交換同樣可以被考慮。水箱使用示例穩(wěn)壓器類AirVessel儲(chǔ)氣罐BladderAccumulator氣囊穩(wěn)壓器VentedAirVessel可排放儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣罐用于模擬連接于系統(tǒng)流體管路的固定質(zhì)量氣體容腔，容腔內(nèi)的氣體受液體截留而保持固定的質(zhì)量；氣囊穩(wěn)壓器與儲(chǔ)氣罐結(jié)構(gòu)類似，不同之處在于氣體是經(jīng)氣囊封閉；可排放儲(chǔ)氣罐是一種罐內(nèi)氣體的吸收或排放受液體高度影響而發(fā)生變化的穩(wěn)壓裝置。穩(wěn)壓器元件的作用是保證系統(tǒng)的壓力處于最小和最大壓力限制范圍內(nèi)，其工作原理是當(dāng)系統(tǒng)壓力降低時(shí)儲(chǔ)氣罐膨脹來填充液體損失的空間、而當(dāng)系統(tǒng)壓力升高后儲(chǔ)氣罐被壓縮。穩(wěn)壓器使用示例邊界源類FlowSource流量源BlankEnd零流量邊界PressureSource壓力源PressureversusFlowSource壓力與流量關(guān)系邊界ControlledFlowSource可控流量源ControlledPressureSource可控壓力源這些部件用來給定流體系統(tǒng)的各類邊界條件，典型的情況包括：1.給定固定壓力邊界，從而研究系統(tǒng)流量與壓降的關(guān)系特性。2.給定一個(gè)壓力邊界和流量邊界，從而研究實(shí)現(xiàn)該流量時(shí)的驅(qū)動(dòng)壓力。3.泵特性模擬。給定流量源的流量為正，表示流體由流量源向系統(tǒng)內(nèi)部流動(dòng)；反之表示流體由系統(tǒng)流向流量源。控制器類控制器類控制器向所控制的器件提供控制信號(hào)，控制信號(hào)可以為：1、用戶輸入信號(hào)（如參數(shù)列表控制器）；2、由系統(tǒng)的其他參數(shù)運(yùn)算得到（如壓力、流量等）?？刂破骺梢詫?duì)不同的元件參數(shù)進(jìn)行控制，但最常用的方法是對(duì)閥門開度、泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，而控制器可以由其他部件讀入信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)與輸入信號(hào)間的邏輯轉(zhuǎn)換關(guān)系?？刂破黝?COM控件控制器類-COM控件COM控件由一系列控制器、傳感器等部件組成，這些控件可以與Flowmaster器件庫中的泵、閥門等元件進(jìn)行連接。多數(shù)的COM控件包含集成的控制算法來實(shí)現(xiàn)特定的功能，并且其中的一部分算法已經(jīng)固定在控件的參數(shù)表中，從而更容易的實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，減少用戶的工作量。與自動(dòng)化功能類似，控制器和傳感器可以引發(fā)相應(yīng)事件實(shí)現(xiàn)與其他程序和部件的交互。例如clock部件可以為其他部件提供時(shí)間信號(hào)；而信號(hào)發(fā)生器部件（signalgenerator）可以作為信號(hào)源使用；用戶可以使用signalsplitter控件將一路信號(hào)轉(zhuǎn)換為兩路；recorder控件可以記錄由傳感器檢測(cè)的部件、節(jié)點(diǎn)的參數(shù)信息。控制器元件使用示例汽缸類1rod2acting單桿雙向作用2rod2acting雙桿雙向作用1rod1acting單桿單向作用這三個(gè)部件可以