Прооперированный пилотами запорный клапан (TL)

Запорный клапан с портом управления, чтобы включить поток в обратном направлении

Библиотека:
Simscape / Жидкости / Тепловая Жидкость / Valves & Orifices / Направленные Распределительные клапаны

Описание

Блок Pilot-Operated Check Valve (TL) моделирует запорный клапан с механизмом переопределения, чтобы допускать противоток, когда активировано. (Запорный клапан в свою очередь является отверстием с однонаправленным вводным механизмом, установленным, чтобы предотвратить только тот противоток.)

Механизм переопределения добавляет третий порт — пилота — к клапану. Во время нормального функционирования экспериментальный порт неактивен, и клапан ведет себя как любой другой запорный клапан. Его отверстие затем открыто только, когда градиент давления через него понижается от входного отверстия до выхода. Противоток, который требует противоположного градиента давления, не может произойти. Этот режим защищает компоненты в восходящем направлении клапана против скачков давления, температурных скачков, и (в действительных системах) химическое загрязнение, являющееся результатом точек в нисходящем направлении.

Когда противоток желаем, экспериментальный порт герметизируется и элемент управления клапана — часто, шар или поршень — обеспечены от его места. Клапан затем открыт, чтобы течь в обоих направлениях с противоположным перепадом давления (нацеленный от выхода, чтобы вставить) бывший достаточный, чтобы управлять потоком в восходящем направлении. (Место, которое находится в пути потока, определяет, открыт ли клапан. Когда это покрыто — шаром, поршнем или другим элементом управления — поток отключен, и клапан закрывается.)

Клапан открывается постепенно, начинаясь при его давлении взламывания и продолжении в конец его области значений регулирования давления. Раскалывающееся давление дает начальное сопротивление, из-за трения или пружинных сил, что клапан должен преодолеть, чтобы открыться щепкой (или взломать). Ниже этого порога закрывается клапан, и только утечка может передать. Мимо конца области значений регулирования давления клапан полностью открыт и поток в максимуме (определенный мгновенными условиями давления).

Раскалывающееся давление принимает важную роль в запорных клапанах, установленных вверх тормашками. Там, вес вводного элемента — такого как шар или поршень — и головы повышения из жидкости может действовать, чтобы открыть клапан. (Голова повышения может возникнуть в модели из канала в восходящем направлении входного отверстия, когда это вертикально или, учитывая наклон.) Достаточное давление взламывания мешает клапану открываться непреднамеренно даже если помещенный в невыгодный угол.

Контролируйте давление

Открытие клапана зависит и от экспериментального давления и от перепада давления от входного отверстия до выхода:

$p_{Ctl} = k_{X} p_{X} + p_{A} - p_{B},$

где p является манометрическим давлением, и k является экспериментальным отношением — пропорция экспериментальной вводной области (S _X) к клапану вводная область (S _R). Нижний X обозначает экспериментальное значение и индексы A и B входное отверстие и значения выхода, соответственно. Давления порта являются определенными переменными (против абсолютного нуля) во время симуляции.

Экспериментальное давление может быть дифференциальным значением относительно входного отверстия (порт A) или значение прибора (относительно среды). Можно выбрать соответствующую установку — Pressure differential (pX - pA) или Pressure at port X — использование выпадающего списка Pressure control specification. Если Pressure at port X выбран:

$p_{X} = p_{X, Abs} - p_{Банкомат},$

где нижний Atm обозначает атмосферное значение (полученный из блока Thermal Liquid Settings (TL) или Thermal Liquid Properties (TL) модели). Нижний X,Abs обозначает абсолютное значение в экспериментальном порте. Если Pressure differential (pX - pA) выбран:

$p_{X} = p_{X, Abs} - p_{A, Abs}$

где нижний A,Abs так же обозначает абсолютное значение во входном отверстии клапана (порт A). Экспериментальный перепад давления ограничивается быть больше, чем или равным нулю — если его расчетное значение должно быть отрицательным, нуль принят в расчете давления управления.

Управляйте перерегулированием давления

Степень, к которой давление управления превышает раскалывающееся давление, определяет, сколько откроет клапан. Перерегулирование давления выражается здесь как часть (ширина) область значений регулирования давления:

$\hat{p} = \frac{p_{Ctl} - P_{Crk}}{P_{Max} - P_{Crk}} .$

Давление управления (p _Ctl), взламывая давление (_Набор p) и максимальное вводное давление (P _Max) соответствует выбранной спецификации давления управления (Pressure differential или Pressure at port A).

Часть — технически, нормированное перерегулирование — оценена в 0 в полностью закрытом клапане и 1 в полностью открытом клапане. Если вычисление должно возвратить значение за пределами этих границ, самый близкий из этих двух используется вместо этого. (Другими словами, часть насыщает в 0 и 1.)

Числовое сглаживание

Нормированные контролируют давление, p, охватывает три области давления. Ниже раскалывающегося давления клапана его значение является постоянным нулем. Выше максимального давления того же самого это - 1. Промежуточный, это отличается, как линейная функция (эффективного) давления управления, p _Ctl.

Переходы между областями резки и их прерывистые наклоны. Они ставят проблему к решателям переменного шага (вид, обычно используемый с моделями Simscape). Чтобы точно получить разрывы, упомянутые в некоторых контекстах как нулевые события пересечения, решатель должен уменьшать свой временной шаг, делая паузу кратко во время пересечения в порядке повторно вычислить его якобиевскую матрицу (представление зависимостей между переменными состояния модели и их производных времени).

Эта стратегия решателя эффективна и устойчива, когда разрывы присутствуют. Это делает решатель менее подверженным ошибкам сходимости — но это может значительно расширить время, должен был закончить запущенную симуляцию, возможно, чрезмерно так для практического применения в режиме реального времени симуляция. Альтернативный подход, используемый здесь, должен удалить разрывы в целом.

Нормированное температурное перерегулирование с резкими переходами

Блок удаляет разрывы путем сглаживания их по шкале требуемого времени. Сглаживание, которое добавляет небольшое искажение в нормированное входное давление, гарантирует, что простота клапана в его ограничивающие положения, а не привязывается (резко) в них. Сглаживание является дополнительным: можно отключить его путем обнуления его масштаба времени. Форма и шкала сглаживания, когда применено, выводят частично от кубических полиномов:

$λ_{L} = 3 {\bar{p}}_{}^{L2} - 2 {\bar{p}}_{}^{L3}$

$λ_{R} = 3 {\bar{p}}_{}^{R2} - 2 {\bar{p}}_{}^{R3},$

где

${\bar{p}}_{L} = \frac{\hat{p}}{Δ p^{*}}$

${\bar{p}}_{R} = \frac{\hat{p} - (1 - Δ p^{*})}{Δ p^{*}} .$

В уравнениях:

ƛ _L является выражением сглаживания для перехода от максимально закрытой позиции.
ƛ _R является выражением сглаживания для перехода от полностью открытой позиции.
Δp^* является (безразмерной) характеристической шириной области сглаживания давления:

$Δ p^{*} = f^{*} \frac{}{12},$
где f^* является фактором сглаживания, оцененным между 0 и 1 и полученный из параметров блоков того же имени.
Когда фактором сглаживания является 0, нормированное входное давление остается в своей исходной форме — никакое примененное сглаживание — и его переходы не остается резким. Когда это - 1, сглаживание порождает всю линейную оболочку столбцов регулирования давления (с нормированным входным давлением, принимающим форму S-кривой).
В промежуточных значениях сглаживание ограничивается частью той области значений. Значение 0.5, например, будет сглаживать переходы более чем четверть области значений регулирования давления на каждой стороне (для общей сглаженной области половины области значений регулирования).

Сглаживание добавляет две новых области в нормированное перерегулирование давления — один для плавного перехода слева, другого для того справа, давая в общей сложности пять областей. Они выражаются в кусочной функции:

${\hat{p}}^{*} = {\begin{array}{l} 0, & \hat{p} \leq 0 \\ \hat{p} λ_{L}, & \hat{p} < Δ P^{*} \\ \hat{p}, & \hat{p} \leq 1 - Δ P^{*} \\ \hat{p} (1 - λ_{R}) + λ_{R}, & \hat{p} < 1 \\ 1 & \hat{p} \geq 1 \end{array},$

где звездочка обозначает сглаживавшую переменную (нормированное перерегулирование давления управления). Данные показывают эффект сглаживания на резкости переходов.

Вводная область

Клапан принят, чтобы открыться линейно сглаживавшим перерегулированием давления управления:

$S = (S_{Max} - S_{Min}) \hat{p} + S_{Min},$

где S является звуковой проводимостью и индексами, Max и Min обозначают свои значения в полностью открытом и полностью закрытом клапане. С точки зрения сглаживавшего перерегулирования давления управления вводная область становится:

$S^{*} = (S_{Max} - S_{Min}) {\hat{p}}^{*} + S_{Min} .$

(Оба выражения используются в вычислении перепада давления через клапан.)

Баланс импульса

Причины того падения давления, понесенного в проходах клапана, проигнорированы в блоке. Безотносительно их характеров — внезапных изменений области, искривлений прохода потока — только их совокупный эффект рассматривается во время симуляции. Этот эффект получен в блоке коэффициентом выброса, мерой массовой скорости потока жидкости через клапан относительно теоретического значения, которое это имело бы в идеальном клапане. Выражение баланса импульса в клапане с точки зрения перепада давления вызвало в потоке:

$p_{A} - p_{B} = \frac{{\dot{m}}_{В среднем} \sqrt{{\dot{m}}_{В среднем}^{2} + {\dot{m}}_{Критика}^{2}}}{2 ρ_{В среднем} C_{D} S^{* 2}} [1 - {(\frac{S^{*}}{S})}^{2}] ξ_{p},$

где ρ является плотностью, C _D является коэффициентом выброса, и ξ _p является отношением перепада давления — мера степени, до которой восстановление давления при выходе способствует общему перепаду давления клапана. Индекс В среднем обозначает в среднем значения в тепловых жидких портах. Критическая массовая скорость потока жидкости, ${\dot{m}}_{Критика}$ , вычисляется от критического числа Рейнольдса — что, в котором поток в клапане принят к переходу от пластинчатого до бурного:

${\dot{m}}_{Критика} = {Ре}_{Критика} μ_{В среднем} \sqrt{\frac{π}{4} S},$

где μ обозначает динамическую вязкость. Отношение перепада давления вычисляется как:

$ξ_{p} = \frac{\sqrt{1 - {(\frac{S^{*}}{S})}^{2} (1 - C_{}^{D2})} - C_{D} \frac{S^{*}}{S}}{\sqrt{1 - {(\frac{S^{*}}{S})}^{2} (1 - C_{}^{D2})} + C_{D} \frac{S^{*}}{S}} .$

Массовый баланс

Объем жидкости в клапане, и поэтому масса того же самого, приняты, чтобы быть очень маленькими, и это, для моделирования целей, проигнорированных. В результате никакое количество жидкости не может накопиться там. Принципом сохранения массы массовая скорость потока жидкости в клапан через один порт должна поэтому равняться этому из клапана через другой порт:

${\dot{m}}_{A} + {\dot{m}}_{B} = 0,$

где $\dot{m}$ задан как массовая скорость потока жидкости в клапан через порт A или B.

Энергетический баланс

Клапан моделируется как адиабатический компонент. Никакой теплообмен не может произойти между жидкостью и стеной, которая окружает ее. Никакие работа сделана на или жидкостью, когда это пересекает от входного отверстия до выхода. С этими предположениями энергия может течь адвекцией только через порты A и B. Принципом сохранения энергии сумма энергетических потоков порта должна затем всегда равняться нулю:

$ϕ_{A} + ϕ_{B} = 0,$

где ϕ задан как энергетическая скорость потока жидкости в клапан через один из портов (A или B).

Порты

Сохранение

развернуть все

`A` Вход клапана
тепловая жидкость

При открытии, через который рабочая жидкость должна, во время нормального функционирования (когда экспериментальный механизм отключен), введите клапан. Этот порт может служить выходом только, когда экспериментальный порт герметизируется до достаточной степени.

`B` Вход клапана
тепловая жидкость

При открытии, через который рабочая жидкость должна, во время нормального функционирования (когда экспериментальный механизм отключен), выйдите из клапана.

Порт `X` — Pilot
тепловая жидкость

Открытие, которым можно привести в действие (приложением достаточного давления) экспериментальный механизм, который открывает клапан для противоположного потока.

Параметры

развернуть все

`Pressure control specification` — Выбор измерения давления использовать в качестве управляющего сигнала клапана
`Pressure differential (pX-pA)` (значение по умолчанию) | `Pressure at port X`

Выбор измерения давления использовать в качестве экспериментального управляющего сигнала. Блок использует выбранное измерение, чтобы вычислить давление управления клапана. (См. описание блока для вычислений.)

В настройке по умолчанию (Pressure differential (pX - pA)) давление управления является функцией перепада давления от экспериментального порта (X) к входному отверстию (A). В альтернативной установке (Pressure at port X) это - функция манометрического давления во входном отверстии.

`Cracking pressure differential` — Эффективное давление управления, при котором сначала открывается клапан
`0.01 MPa` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах давления

Эффективный перепад давления, при котором клапан начинает открываться. Этот дифференциал — давление управления в описании блока — является суммой перепада давления от входного отверстия до выхода с продуктом экспериментального давления и экспериментального отношения. (Экспериментальное используемое давление зависит от установки параметра Pressure control specification.)

`Maximum opening pressure differential` — Эффективное давление управления, при котором клапан полностью открыт
`0.02 MPa` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах давления

Эффективный перепад давления, при котором клапан полностью открыт. Этот дифференциал — давление управления в описании блока — является суммой перепада давления от входного отверстия до выхода с продуктом экспериментального давления и экспериментального отношения. (Экспериментальное используемое давление зависит от установки параметра Pressure control specification.)

`Pilot ratio` — Отношение экспериментальной области портов, чтобы вставить область портов
`1` (значение по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр

Отношение экспериментальной области портов к входной области портов.

Область `Maximum opening area` — Opening в полностью открытой позиции из-за изоляции недостатков
`1e-4 m^2` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

Вводная область клапана в полностью открытой позиции, когда клапан в верхнем пределе области значений регулирования давления.

Область `Leakage area` — Opening в максимально закрытой позиции из-за изоляции недостатков
`1e-10 m^2` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

Вводная область клапана в максимально закрытой позиции, когда только внутренняя утечка между портами остается. Этот параметр служит, в основном, чтобы гарантировать, что закрытие клапана не заставляет фрагменты жидкой сети становиться изолированными (условие, которое, как известно, вызвало проблемы в симуляции). Точное значение, заданное здесь, менее важно что то, что это было (очень маленьким) номером, больше, чем нуль.

`'SmoothingFactor'` Объем сглаживания, чтобы примениться к клапану вводная функция области
`0` (значение по умолчанию)

Объем сглаживания, чтобы примениться к вводной функции области клапана. Этот параметр определяет ширины областей, которые будут сглаживаться — один расположенный в полностью открытой позиции, другой в полностью закрытой позиции.

Сглаживание накладывает на каждой области вводной функции области нелинейный сегмент (полиномиальная функция третьего порядка, из которой сглаживание возникает). Чем больше значение, заданное здесь, тем больше сглаживание, и более широкое, которым становятся нелинейные сегменты.

В значении по умолчанию 0 не применяется никакое сглаживание. Переходы к максимально закрытым и полностью открытым позициям затем вводят разрывы (сопоставленный с нулевыми пересечениями), которые имеют тенденцию замедлять уровень симуляции.

`Cross-sectional area at ports A and B` — Область, нормальная к пути к потоку в портах клапана
`0.01 m^2` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

Область, нормальная к пути к потоку в портах клапана. Порты приняты, чтобы быть тем же самым в размере. Область потока, заданная здесь, должна идеально совпадать с теми из входных отверстий смежных компонентов.

`Characteristic longitudinal length` — Мера длины пути к потоку через клапан
`0.1` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах длины

Среднее расстояние, пересеченное жидкостью, когда, это перемещается от входного отверстия до выхода. Это расстояние используется в вычислении внутренней тепловой проводимости, которая происходит между этими двумя портами (как часть сглаживавшего против ветра энергетическая схема, используемая в тепловой жидкой области).

`Discharge coefficient` — Эмпирический фактор, заданный как отношение фактических к идеальным массовым скоростям потока жидкости
`0.7` (значение по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр

Отношение фактической скорости потока жидкости через клапан к теоретическому значению, которое это имело бы в идеальном клапане. Этот полуэмпирический параметр измеряет поток, позволенный через клапан: чем больше его значение, тем больше скорость потока жидкости. Обратитесь к таблице данных клапана, при наличии, для этого параметра.

`Critical Reynolds number` — Число Рейнольдса на контуре между режимами ламинарного и турбулентного течения
`12` (значение по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр

Число Рейнольдса, в котором поток принят к переходу между пластинчатыми и бурными режимами.

Документация

Прооперированный пилотами запорный клапан (TL)

Описание

Контролируйте давление

Управляйте перерегулированием давления

Числовое сглаживание

Вводная область

Баланс импульса

Массовый баланс

Энергетический баланс

Порты

Сохранение

`A` Вход клапана
тепловая жидкость

`B` Вход клапана
тепловая жидкость

Порт `X` — Pilot
тепловая жидкость

Параметры

`Pressure control specification` — Выбор измерения давления использовать в качестве управляющего сигнала клапана
`Pressure differential (pX-pA)` (значение по умолчанию) | `Pressure at port X`

`Pilot ratio` — Отношение экспериментальной области портов, чтобы вставить область портов
`1` (значение по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр

`'SmoothingFactor'` Объем сглаживания, чтобы примениться к клапану вводная функция области
`0` (значение по умолчанию)

`Cross-sectional area at ports A and B` — Область, нормальная к пути к потоку в портах клапана
`0.01 m^2` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

`Characteristic longitudinal length` — Мера длины пути к потоку через клапан
`0.1` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах длины

`Critical Reynolds number` — Число Рейнольдса на контуре между режимами ламинарного и турбулентного течения
`12` (значение по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Смотрите также

Введенный в R2018b

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Документация

Прооперированный пилотами запорный клапан (TL)

Описание

Контролируйте давление

Управляйте перерегулированием давления

Числовое сглаживание

Вводная область

Баланс импульса

Массовый баланс

Энергетический баланс

Порты

Сохранение

A Вход клапана тепловая жидкость

B Вход клапана тепловая жидкость

Порт X — Pilot тепловая жидкость

Параметры

Pressure control specification — Выбор измерения давления использовать в качестве управляющего сигнала клапана Pressure differential (pX-pA) (значение по умолчанию) | Pressure at port X

Pilot ratio — Отношение экспериментальной области портов, чтобы вставить область портов 1 (значение по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр

'SmoothingFactor' Объем сглаживания, чтобы примениться к клапану вводная функция области 0 (значение по умолчанию)

Cross-sectional area at ports A and B — Область, нормальная к пути к потоку в портах клапана 0.01 m^2 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

Characteristic longitudinal length — Мера длины пути к потоку через клапан 0.1 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах длины

Critical Reynolds number — Число Рейнольдса на контуре между режимами ламинарного и турбулентного течения 12 (значение по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++ Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Смотрите также

Введенный в R2018b

Документация Simscape Fluids

Поддержка

`A` Вход клапана
тепловая жидкость

`B` Вход клапана
тепловая жидкость

Порт `X` — Pilot
тепловая жидкость

`Pressure control specification` — Выбор измерения давления использовать в качестве управляющего сигнала клапана
`Pressure differential (pX-pA)` (значение по умолчанию) | `Pressure at port X`

`Pilot ratio` — Отношение экспериментальной области портов, чтобы вставить область портов
`1` (значение по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр

`'SmoothingFactor'` Объем сглаживания, чтобы примениться к клапану вводная функция области
`0` (значение по умолчанию)

`Cross-sectional area at ports A and B` — Область, нормальная к пути к потоку в портах клапана
`0.01 m^2` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

`Characteristic longitudinal length` — Мера длины пути к потоку через клапан
`0.1` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах длины

`Critical Reynolds number` — Число Рейнольдса на контуре между режимами ламинарного и турбулентного течения
`12` (значение по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.