ThermoLib
Thermolib расширяет возможности MATLAB® / Simulink® Suit инструментами для проектирования, моделирования и симуляций сложных термодинамических систем. Эта обширная библиотека термодинамических компонентов, таких как насосы, компрессоры, клапаны, теплообменники, нагреватели, химические реакторы и т. д. используется для построения моделей высокодинамичных и нелинейных систем. Модели Thermolib применяются для нахождения оптимального дизайна и стратегии управления. Симуляции реального поведения газов, жидких смесей и химических реакций выполняются на основе точных термодинамических уравнений и расчетов.
Thermolib используется для проектирования и оптимизации всей термодинамической системы по модульному принципу. Изменения дизайна осуществляются и тестируются в течение нескольких минут. Тестируются, проверяются и оптимизируются отдельные компоненты, группы компонентов или система в целом. Доступна имитация отказов компонентов для проверки надежности системы. Thermolib может быть использована для всех типов связанных с энергетикой областей, такими как генерация энергии, отопление и кондиционирование воздуха, автомобильные и аэрокосмические системы. Модели Thermolib транслируются в C-код с использованием Simulink Coder для использования в современных стратегиях разработки, таких как быстрое прототипирование (RCP) или полунатурное моделирование (HIL).
Ключевые особенности
- Инструменты, основанные на фундаментальных принципах инженерной термодинамики
- Расчеты термодинамического состояния и изменения состояния, включая моделирование реального газа
- Блоки компонентов такие как теплообменники, реакторы, насосы, турбины и клапаны
- Химия равновесия и реакции
- Настраиваемая и расширяемая база данных теплофизики и свойства воды и пара IAPWS-IF97
- Функции командной строки MATLAB для термодинамических расчетов и графиков
Компоненты
Thermolib содержит наборы блоков с готовыми компонентами, которые обычно используемыми в термодинамических системах. Thermolib предоставляет блоки для теплообменников, насосов, компрессоров, турбин, клапанов, резервуаров, химических реакторов, блоков топливных элементов, литий-ионных элементов и т. д.
Типовые блоки компонентов могут быть адаптированы к измеренным характеристикам с помощью индивидуальных характеристических кривых компонентов, например, карт компрессора, характеристик клапана или кривых поляризации топливного элемента.
Thermolib помогает создавать динамические рабочие модели для компонентов баланса оборудования, используя первые принципы и экспериментальные данные. Все компоненты построены на основе фундаментальных термодинамических блоков. Эти блоки могут быть использованы для выполнения термодинамических расчетов, чтобы пользователи могли полностью сосредоточиться на моделировании ключевых компонентов.
Источники и приемники
Блоки источников Thermolib используются для определения и настройки потоков среды с предварительно определенными термодинамическими состояниями. Потоки настраиваются с помощью удобного графического интерфейса и выбираются из множества часто используемых видов (от CO2, H2O, NH3 до хладагентов, таких как R134a, R125 и R32). Также можно использовать источники для конкретного применения, например, смеси паров воздуха.
Источники позволяют устанавливать скорости потока, температуры, давления и т. д. с помощью соответствующих единиц измерения. Потоки и их свойства отслеживаются с помощью блоков датчиков и отображения Thermolib.
Термодинамические состояния и свойства
Все компоненты Thermolib основаны на термодинамических свойствах и расчетах состояния конденсируемых газов, жидкостей и их смесей. Thermolib вычисляет энтальпию, энтропию, свободную энтальпию Гиббса и теплоемкость с использованием хорошо документированных теплофизических таблиц JANAF в полиномиальном представлении НАСА. Thermolib вычисляет такие свойства, как вязкость и теплопроводность, полезные при моделировании явлений конвективного теплообмена и падения давления.
Теплофизические данные для расчета свойств различных видов и их смесей, включая фракции пара, предоставляются в виде расширяемой и дополняемой базы данных. Для преобразования между различными переменными состояния Thermolib предлагает широкий спектр блоков преобразования.
Химия реакций
Thermolib содержит различные блоки для моделирования химических реакций. Пользователь может выбирать между химическим реактором с равновесной химией или реактором с необратимой общей реакцией и заданной конверсией. Реакции могут быть настроены как адиабатические или неадиабатические. Пользователь может изменять химические реакции с помощью параметров масок блоков. Thermolib предоставляет предварительно определенные блоки для моделирования реакций конверсии и конверсии водяного газа, сгорания, реактора предпочтительного окисления и т. д.
Поведение реальных газов
Используя уравнение состояния Пенга-Робинсона, Thermolib может рассчитывать поведение реального газа. Это позволяет модели Thermolib обеспечить хорошую точность вблизи критической точки и конденсации, особенно для расчета коэффициента сжимаемости и плотности жидкости.
Помимо моделирования поведения реального газа, Thermolib моделирует парожидкостное равновесное состояние как в чистых, так и в многокомпонентных системах. Thermolib может выполнять общие расчеты вспышки, что делает возможным моделирование таких явлений, как температурное скольжение смесей. В сочетании с уравнениями состояния Пенга-Робинсона обеспечивается надежное точное моделирование таких систем, как тепловые насосы.
Для точных расчетов с использованием воды и пара, особенно в моделях силовых установок, используется дополнительная термодинамическая характеристика IAPWS-IF97.
Множество демонстраций и примеров
Thermolib содержит множество примеров моделей, которые охватывают основные термодинамические концепции (такие как циклы Брайтона, Карно и Ранкина), моделирование физических свойств (таких как испарение и конденсация, изменения состояний и поведение смесей) и гидравлических моделей с обратной связью давления. В дополнение к встроенной справке каждый компонент Thermolib поставляется с демонстрационной моделью, которая показывает, как настроить и использовать этот конкретный компонент с другими блоками Thermolib в Simulink. Также доступны примеры, которые показывают, как взаимодействовать с другими инструментами Simulink (такими как Simscape). Thermolib поставляется с обширным набором демонстрационных системных моделей для нескольких отраслей, таких как:
- Электростанции
- Тепловые насосы
- Внутренее сгорание
- Газ
- Системы топливных элементов
- Кондиционеры, охладители и многое другое
