Modelica：创建简单的流体模型

Question

我正在尝试创建流组件的模块化模拟（起初不使用标准 Modelica.Fluid，以方便学习和简化）。我决定从只担心质量流量（而不是温度/焓）开始，并创建了一个连接器Stream，如下所示：

connector Stream
  Real pressure;
  flow Real m_flow;
end Stream;

使用此连接器，我想跟踪整个简单系统的压力和流量：

flow source >> valve >> tank >> pump >> flow sink

我为这些组件创建了以下模型：

model FlowSource "Flow Source can be used as a starting point of a flow"
  parameter Real pressure = 1.0 "Pressure of the source";
  Stream outlet;
equation
  outlet.pressure = pressure;
end FlowSource;

model Valve
  parameter Real Cv "Valve Coefficient, Cv";
  Real setpoint(min=0,max=1) "Valve setpoint";
  Real dp(start=1) "Pressure drop across the valve";
  Real m(start=Cv) "Flow through the valve";
  Real f(min=0,max=1) "Valve Characteristic f(setpoint)";
  Stream inlet, outlet;
equation
  inlet.m_flow + outlet.m_flow= 0.0;  // Conservation of mass
  dp = inlet.pressure - outlet.pressure;  // Pressure drop calculation
  f = setpoint; // linear valve
  m = inlet.m_flow;
  m = if(dp >= 0) then Cv*f*sqrt(dp) else -Cv*f*sqrt(-dp);
end Valve;

model Tank "Simple model of a tank"
  parameter Real volume=1 "tank volume (m^3)";
  parameter Integer num_ports=1 "Number of ports";
  parameter Real static_pressure=1 "Internal Tank Pressure";
  parameter Real initial_level = 0;
  Stream[num_ports] ports "Stream Connectors";
  Real level "Level in % 0-100";
  protected
  Real vol "Volume of medium in the tank";  
initial equation
  level = initial_level;
equation
  for i in 1:num_ports loop
    ports[i].pressure = static_pressure;
  end for;
  der(vol) = sum(ports.m_flow); // need to add density conversion
  level = vol * 100 / volume;
end Tank;

model Pump "Simple model of a Pump"
  Real setpoint(min=0,max=1) "setpoint of the pump (0.0 to 1.0)";
  Stream inlet, outlet;
  protected
    Real dp "Pressure differential across the pump";
    Real f "flow rate inside pump";
equation
  inlet.m_flow+ outlet.m_flow= 0.0;
  dp = outlet.pressure - inlet.pressure;
  f = inlet.m_flow;
  dp = (100-400*(f^2)); // insert better pump char. curve here
end Pump;

model FlowSource "Flow Source can be used as a starting point of a flow"
  parameter Real pressure = 1.0 "Pressure of the source";
  Stream outlet;
equation
  outlet.pressure = pressure;
end FlowSource;

我可以创建这些模型的实例并将它们连接到一个单独的模型中。但是，我遇到了一个我认为是边界条件的问题。我想指定输入流体源的压力。然后，当流量流向油箱时，阀门将产生压降。这是由油箱内的公称压力和流体源之间的差异决定的，应该可以正常工作。

问题是当泵遇到流体槽时（或者如果我让泵直接进入水箱）。设置流体槽的压力会导致我的泵出现问题，因为它也会设置泵出口的压力（它们是连接的）。泵的压力需要是入口压力和流量的函数（它应该给系统增加一些压力），水槽的压力应该以此为基础计算。然而，在计算 dp 时也需要这种压力......所以我最终绕了一个圈。

我做错了什么，有没有更好的方法来实现这样的系统？

谢谢！

编辑： 我忘了提到设定点（泵尚未实现）是在使用这些模型和方程的主模型中设置的。所以我所有的模型都是平衡的。 （请参阅我对下面答案的评论）。

Answer 1

我的第一个建议是对每个组件进行“单元测试”。到那时，您将看到泵和阀门模型也可能有一个变量（或缺少一个方程）。 如果您想对您的储罐模型进行单元测试，您应该制作一个质量流量源模型（您称为 FlowSource 的那个实际上是一个压力源）并将其中两个连接到您的储罐。

在阀门模型中，您应该将setpoint 设为参数或外部输入。在泵模型中没有使用变量setpoint，因此您可以将其删除或将其设为参数。

一旦你修复了你的模型就可以正常工作了。

我将修复程序放在一个 mo 文件中，您可以在此处获取：

https://drive.google.com/file/d/0B8ojPn4YxnI9blRodUVWUjVGTE0/view?usp=sharing

问候， 雷内·尼尔森