[連載]Modelicaによる熱流体の世界の歩き方・コンポーネント一覧および概説

 連載記事で用いるModelicaのコンポーネントの一覧および簡易解説.

Modelica Standard Library: Fluid

    Modelica.Fluid.System

     Modelica.Fluidのコンポーネントを使う為におまじない的に必要なものと考えれば良い。モデル全体を通して使う定数等が納められている.
    • Parameters(基本デフォルト値のまま使うものは省略)
      1. General->Environment-> p_ambient: 外気圧力
      2. General->Environment-> T_ambient: 外気温度
      3. General->Environment-> g: 重力加速度

    Modelica.Fluid.Sources.MassFlowSource_T

     質量流量,温度を境界条件として与えるもの.
     inputはparameterからとコネクタを介してとから選択できる.
    • Parameters(基本デフォルト値のまま使うものは省略)
      1. General->Parameter-> use_m_flow_in: 質量流量入力コネクタ使用スイッチ.
      2. General->Parameter-> use_T_in: 温度入力コネクタ使用スイッチ.
      3. General->Parameter-> use_X_in: 物性組成(割合)入力コネクタ使用スイッチ.
      4. General->Parameter-> use_C_in: 微量物質(割合)入力コネクタ使用スイッチ.
      5. General->Parameter-> m_flow: 質量流量.
      6. General->Parameter-> T: 温度.
      7. General->Parameter-> X: 物性組成(割合)(物性によっては入力不要).
      8. General->Parameter-> C: 微量物質(物性に影響しない).
      9. General->Parameter-> nPorts: ポート数(OpenModelica ver1.18以降入力不要).

    Modelica.Fluid.Sources.Boundary_pT

     圧力、温度を境界条件として与えるもの。ただし、流体が本コンポーネントに流れ込む場合、温度のinputは使われない.
     inputはparameterからとコネクタを介してとから選択できる.
    • Parameters(基本デフォルト値のまま使うものは省略)
      1. General->Parameter-> use_p_in: 圧力入力コネクタ使用スイッチ.
      2. General->Parameter-> use_T_in: 温度入力コネクタ使用スイッチ.
      3. General->Parameter-> use_X_in: 物性組成(割合)入力コネクタ使用スイッチ.
      4. General->Parameter-> use_C_in: 微量物質(割合)入力コネクタ使用スイッチ.
      5. General->Parameter-> p: 圧力.
      6. General->Parameter-> T: 温度.
      7. General->Parameter-> X: 物性組成(割合)(物性によっては入力不要).
      8. General->Parameter-> C: 微量物質(物性に影響しない).
      9. General->Parameter-> nPorts: ポート数(ver1.18以降入力不要).

    Modelica.Fluid.Sources.Boundary_ph

     圧力、比エンタルピを境界条件として与えるもの。ただし、流体が本コンポーネントに流れ込む場合、比エンタルピのinputは使われない.
     inputはparameterからとコネクタを介してとから選択できる.
    • Parameters(基本デフォルト値のまま使うものは省略)
      1. General->Parameter-> use_p_in:
      2. General->Parameter-> use_h_in:
      3. General->Parameter-> use_X_in:
      4. General->Parameter-> use_C_in:
      5. General->Parameter-> p: 圧力.
      6. General->Parameter-> h: 比エンタルピ.
      7. General->Parameter-> X: 物性組成(割合)(物性によっては入力不要).
      8. General->Parameter-> C: 微量物質(物性に影響しない).
      9. General->Parameter-> nPorts: ポート数(ver1.18以降入力不要).

    Modelica.Fluid.Pipes.DynamicPipe

     ボリューム効果、熱授受のモデルが追加された配管コンポーネント。圧力損失(Resistance)、ボリューム効果+熱授受(Capacitance)が交互に生じるようになっており、幾つのセクションに区切るかをparameterで設定する。刻み数を多くするほど状態量が徐々に変化するのをより正確にシミュレートするが(メッシュを細かく刻むのと同義.),当然計算負荷は大きくなる.
    • Parameters(基本デフォルト値のまま使うものは省略)
      1. General->Geometory-> nParallel: 平行本数.
      2. General->Geometory-> length: 管長さ.
      3. General->Geometory-> isCircular: 円管/Not.
      4. General->Geometory-> diameter: 管直径.
      5. General->Geometory-> crossArea: 流路断面積.円管として計算する場合は入力不要.
      6. General->Geometory-> perimeter: 流路周長.円管として計算する場合は入力不要.
      7. General->Geometory-> roughness: 表面粗さ.管摩擦係数に効いてくる.
      8. General->Static head-> height_ab: 管の出入口の高低差.出入口の高さが異なり,重力による圧力差を加味する場合に入力.
      9. Assumptions->Heat transfer-> use_HeatTransfer: 熱授受コネクタスイッチ.
      10. Advanced->Parameters-> nNords: 内部volume要素の数.
      11. Advanced->Parameters-> modelStructure: pipe両端の、volume(capacitance)とflow(resistance/pressure drop)の組合せ方の設定。選択肢を下記に列挙する。なお,両端部にしか関わらないためnNodesが大きいほど本項による違いが小さくなる。
        1. av_vb: port_a – volume – flow -…- flow – volume – port_b
        2.  port_aにも_bにもvolumeが隣り合う。flow(pressure drop)の数がnNodesの設定数より1少ない。
        3. a_v_b: port_a – flow – volume -…- volume – flow – port_b
        4.  port_aにも_bにもflow(pressure drop)が隣り合う。flowの数がnNodesの設定数より1多い。
        5. av_b: port_a – volume – flow -…- volume – flow – port_b
        6.  port_aにはvolume、_bにはflowが隣り合う。flowとvolumeの数が等しい。
        7. a_vb: port_a – flow - volume -…- flow - volume – port_b
        8.  port_aにはflow、_bにはvolumeが隣り合う。flowとvolumeの数が等しい。

    Modelica.Fluid.Vessels.ClosedVolume

     nodeであり,過渡シミュレーションにおいては内部の流体状態が均一な有限体積を持つ要素として,ボリューム効果(質量流量、エネルギの過渡的な溜り)をシミュレートする.
     筆者が営むブログのチュートリアル連載では,所望する物理モデルの作成には本来必要無いがこれを配置している事が多々有る.コンポーネントのportの値、特にboundary/Sourceコンポーネントのものは注意して値を観ないと、”流れの向きによっては値を使用していない”と言ったことが有りdebug/結果評価を誤ってしまうので注意.こう言った誤りを防ぐべく状態量監視のためのnodeとして使う.
    • Parameters(基本デフォルト値のまま使うものは省略)
      1. General->Parameters-> V: 体積.
      2. General->Ports-> use_portsData: 本コンポーネントと他コンポーネントを繋ぐportに圧力損失特性を持たせるか否かのスイッチ.離散計算上のnodeとして本コンポーネントを用いる時にはfalseに設定する(筆者のチュートリアル連載では常にfalse設定で使っている).
      3. Assumptions->Heat transfer-> use_HeatTransfer: 熱授受コネクタスイッチ.

    Modelica.Fluid.Machines.Pump

     遠心ポンプコンポーネント.回転数とトルクを授受するシャフトインターフェイスであるflangeを備えており,Mechanics-Rotationalライブラリのコンポーネントと繋げてシステムを作成出来る。
     コンポーネント特性として,揚程 vs. 体積流量と断熱効率のソースコードに記述する必要が有る.定格機械回転数においての揚程vs.体積流量と断熱効率(vs.体積流量)をfunctionで設定する.(機械回転数のインターフェイスが異なる,PrescribedPumpでも同様)これはGUIのparameter windowから設定する事は出来ず,下図に示しているようにソースコードを直に記述すつ必要が有る.

    • Parameters(基本デフォルト値のまま使うものは省略)
      1. General->Geometory-> nParallel: 平行本数.
      2. General->Characteristics-> N_nominal: 定格機械回転数.
      3. Assumptions->Parameters-> checkValve: ストールし逆流が生じるのを防ぐ安全機構のOn/Off.
      4. Assumptions->Parameters-> V: ポンプ容積
      5. Assumptions->Heat transfer-> use_HeatTransfer: 熱授受コネクタスイッチ.

    Modelica.Fluid.Sensors.TemperatureTwoPort

     温度センサ.

    Modelica.Fluid.Sensors.Pressure

     圧力センサ.

    Modelica.Fluid.Sensors.VolumeFlowRate

     体積流量センサ.

    Modelica.Fluid.Sensors.SpecificEnthalpy

     比エンタルピセンサ.

Modelica Standard Library: Thermal

    Modelica.Thermal.HeatTransfer.Sources.PrescribedHeatFlow

     熱流量(heat flow)を境界条件として与えるThermalライブラリのコンポーネント。与える熱流量はReal信号で与える。
     定格温度と比例係数を用いた補正を行う機能が付いている.
    • Parameters(基本デフォルト値のまま使うものは省略)
      1. General->Parameters-> T_ref: 温度補正に使う定格温度.
      2. General->Parameters-> alpha: 補正に使う比例定数.

    Modelica.Thermal.HeatTransfer.Components.Convection

     熱伝達コンポーネント.固体・流体間の伝熱のシミュレートに使う.熱コンダクタンス(熱伝達率x伝熱面積)を信号入力で入力する.

    Modelica.Thermal.HeatTransfer.Components.HeatCapacitor

     熱慣性コンポーネント.熱の溜め(固体それ自体の温度上昇に熱が使われる.)による伝熱の遅れをシミュレートするのに使う.
    • Parameters(基本デフォルト値のまま使うものは省略)
      1. General->Parameters-> C: 熱容量.比熱ではなく,質量を掛けた値(Cp*m)である点に注意.

    Modelica.Thermal.HeatTransfer.Sensors.HeatFlowSensor

     熱流量センサ.

Modelica Standard Library: Mechanics: Rotational

    Modelica.Mechanics.Rotational.Sources.Speed

     回転機械系のコンポーネントに境界条件として機械回転数を与えるコンポーネント。Real connectorを介して機械回転数の信号を与える. 単位は [rad/s]であり[rpm]ではない点に注意.
     support flangeに別の回転機械系コンポーネントを繋ぐ事で,2つのflange間の相対回転数を与える事も出来る.
     1次フィルタで入力信号をフィルタリングする機能が備わっている.(周期の短い波状の入力や変化率が大きな入力操作をしない限り,意識する必要は無い.)
    • Parameters(基本デフォルト値のまま使うものは省略)
      1. General->Parameters-> useSupport: support flangeを使う/使わない.trueにすると,入力信号=2 flange間の相対速度として計算が為される.

    Modelica.Mechanics.Rotational.Sensors.PowerSensor

     軸伝達パワーを計測するセンサ.

Modelica Standard Library: Blocks

    Modelica.Blocks.Sources.Constant

     定数信号発生器.
    • Parameters(基本デフォルト値のまま使うものは省略)
      1. General->Parameters-> k: 定数値.

    Modelica.Blocks.Sources.Ramp

     ランプ信号発生器.
     ランプ捜査前の値,ランプ操作の高さ,操作時間を与える.
    • Parameters(基本デフォルト値のまま使うものは省略)
      1. General->Parameters-> height: ランプ操作の高さ(変化量).
      2. General->Parameters-> duration: ランプ操作実行時間.
      3. General->Parameters-> offset: ランプ操作前の信号出力値.
      4. General->Parameters-> startTime: ランプ操作実行開始時刻.

    Modelica.Blocks.Math.Sum

     コネクタからの信号入力の和を計算するコンポーネント.
     和を取る前に各入力信号値に定数を掛ける機能を備えている.
    • Parameters(基本デフォルト値のまま使うものは省略)
      1. General->Parameters-> nin: 入力信号の個数.

    Modelica.Blocks.Routing.Replicator

     入力信号を複製して復習のoutputコネクタに出力するコンポーネント.
    • Parameters(基本デフォルト値のまま使うものは省略)
      1. General->Parameters-> nout: 出力信号の数.

    Modelica.Blocks.Math.UnitConversions.From_rpm

     単位変換ブロック.[rpm]を[rad/s]に変換する.

    Modelica.Blocks.Interaction.Show.RealValue

     シミュレーション完了後の結果表示に使うコンポーネント.diagram上に信号入力された値を表示する.
     *この表示機能がOpenModelicaにて使えるのはver1.19以上.
    • Parameters(基本デフォルト値のまま使うものは省略)
      1. General->Parameters-> use_numberPort: 表示値に入力コネクタから与えられた値を使うか否か.falseにするとnumberに入力された固定値が表示される.
      2. General->Parameters-> number: 表示する固定値.use_numberPortがfalseの場合のみ有効.
      3. General->Parameters-> significantDigits: 表示値の有効数字.

以上

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