Переменное отверстие области (TL)

Локальное ограничение потока с переменной площадью поперечного сечения

  • Библиотека:
  • Simscape / Жидкости / Тепловая Жидкость / Valves & Orifices

Описание

Блок Variable Area Orifice (TL) моделирует поток через локальное ограничение с переменной вводной областью. Отверстие содержит участника управления — такого как шар, шпулька или диафрагма — который определяет ее смещением мгновенную вводную область. Элементы, такие как это являются характеристическими для клапанов и в библиотеке Thermal Liquid, основе, на которой базируются все блоки распределительного клапана. Смотрите, например, блок Directional Valve (TL) С 2 путями. Используйте этот блок, чтобы создать собственный компонент с переменными отверстиями, если такой не обеспечивается в библиотеке Thermal Liquid.

Отверстие принято, чтобы состоять из сокращения, сопровождаемого внезапным расширением в области потока. Сокращение заставляет скорость потока жидкости повышаться и давление на отбрасывание. Расширение позволяет давлению восстанавливаться, хотя только частично: мимо vena contracta, где поток в ее самом узком, поток обычно отделяется от стены, заставляя его потерять некоторую энергию. Степень восстановления давления зависит от коэффициента выброса отверстия и на отношении отверстия и областей портов. Установите Pressure recovery на Off игнорировать этот эффект при необходимости.

Эффект, который движение участника управления имеет на вводную область отверстия, зависит от установки параметров блоков Opening orientation. В настройке по умолчанию Positive открывается отверстие (если в его вводной области значений), когда участник управления перемещается в положительное направление. В альтернативной установке Negative отверстие открывается движением в отрицательном направлении.

Положения отверстия

Отверстие с плавкой регулировкой. Это переключает гладко между положениями, из которых это имеет два. Один — нормальное положение — то, что, к которому возвращается отверстие, когда его управляющий сигнал падает на нуль. Если участник управления не сместил, был задан, AB отверстие всегда полностью закрывается в этом положении. Другой — рабочее положение — то, что, в который перемещается отверстие, когда его управляющий сигнал повышается до максимума. Отверстие обычно полностью открыто в этом положении. Обратите внимание на то, что, ли отверстие на самом деле открыто и насколько открытый это, оба зависят от значения смещения участника управления.

Открытие отверстия

То, которые располагают отверстие, находится в, зависит от координаты участника управления — длина, которая, в клапане блоки на основе этой модели отверстия, часто упоминается как открытие отверстия. Эта переменная вычисляется во время симуляции от смещения участника управления, заданного через параметры блоков того же имени, и от перемещения участника управления, переменная, полученная из физического сигнала, заданного в порте S:

h=h0+δx,

где:

  • h является AB открытие отверстия.

  • h 0 является AB открытие смещения.

  • δ является ориентацией отверстия, +1 если Positive, -1 если Negative.

  • x является перемещением участника управления.

Перемещение участника управления нуля соответствует клапану, который находится в его нормальном положении. Отверстие начинает открываться, когда отверстие, открывающее (h), повышается выше нуля, и это продолжает открываться, пока открытие отверстия не в максимальном значении. Этот максимум получен из параметров блоков Maximum control displacement, в линейной параметризации отверстия, или от заданных векторов данных, в сведенной в таблицу параметризации отверстия.

Открытие смещений

Отверстие по умолчанию сконфигурировано так, чтобы оно было полностью закрыто, когда перемещение участника управления является нулем. Такое отверстие, когда это представляет клапан, часто описывается как полируемый нулем. Это возможно, путем применения смещения к участнику управления, чтобы смоделировать отверстие, которое является underlapped — то есть, частично откройтесь когда в нормальном положении. Отверстие может также быть перекрыто — полностью закрытый в области значений перемещений участника управления, расширяющих мимо нормальной закрытой позиции.

Фигура изображает в виде графика открытие отверстия — h(x) — в случаях полированных нулем (I), underlapped (II), и наложилась (III) отверстия. Смещение открытия — h s0 — является нулем в первом случае, больше, чем нуль во втором, и меньший, чем нуль в третьем. Участник управления должен переместить вправо его нормального положения (в положительном направлении вдоль x - ось) для перекрытого отверстия, чтобы взломать; это должно переместиться оставленный его нормального положения для underlapped отверстия закрыться трудный.

Открытие характеристик

Открытие отверстия служит во время симуляции, чтобы вычислить массовую скорость потока жидкости через отверстие. Вычисление может быть прямым отображением от открытия до скорости потока жидкости или косвенного преобразования, сначала от открытия до области отверстия и затем от области отверстия до массовой скорости потока жидкости. Вычисление и данные, требуемые для него, зависят от установки параметров блоков Valve parameterization:

  • Linear area-opening relationship — Вычислите клапан, вводная область от положения участника управления и от него получает массовую скорость потока жидкости через клапан. Вводная область принята, чтобы отличаться линейно с положением участника управления. Наклон линейного выражения определяется от параметров блоков Maximum opening area и Maximum valve opening:

    SЛин=SMax hMax h,

    где S, Лин является линейной формой вводной области, S Max, является значением параметров блоков Maximum orifice area, h, Max является значением параметров блоков Maximum control displacement. Это выражение повторно формулируется как кусочное условное выражение, чтобы насыщать вводную область в маленьком значении утечки и гарантировать, что переходы к нормальным и рабочим положениям сглаженны.

  • Tabulated data - Area vs. opening — Вычислите клапан, вводная область от положения участника управления и от него получает массовую скорость потока жидкости через клапан. Вводная область может отличаться нелинейно с положением участника управления. Отношение между этими двумя дано сведенными в таблицу данными в параметрах блоков Opening area vector и Valve opening vector:

    SВкладка=S(h),

    где Вкладка S является сведенной в таблицу формой вводной области, функцией открытия отверстия, h.

  • Tabulated data - Mass flow rate vs. opening and pressure drop — Вычислите массовую скорость потока жидкости непосредственно от положения участника управления и перепада давления через клапан. Отношение между этими тремя переменными может быть нелинейным, и оно дано сведенными в таблицу данными в Valve opening vector, Pressure drop vector и параметрах блоков Mass flow rate table:

    m˙Вкладка=ρКасательноρВ среднемm˙(h,Δp),

    где m˙ сведенная в таблицу форма массовой скорости потока жидкости, функция открытия отверстия, h, и перепада давления через отверстие, Δp. Массовая скорость потока жидкости настроена для температуры и давления отношением ρ Ref/ρAvg, где ρ является жидкой плотностью при некоторой ссылочной температуре, и давление (преобразуйте в нижний индекс Ref), или в средних значениях тех переменных в отверстии.

Числовое сглаживание

Чтобы гарантировать соответствующую производительность симуляции, отверстие, вводная область сглаживается более чем две небольших области открытия отверстия, одна близость полностью закрытое состояние, другая близость полностью открытое состояние. Сглаживание выполняется посредством многочленных выражений (чтобы быть включенным в конечную форму вводного выражения области):

λMin=3ΔhMin*2ΔhMin*3  и  λMax =3ΔhMax *2ΔhMax *3,

где ƛ является фактором сглаживания, примененным в минимуме (преобразуйте в нижний индекс Min), и максимум (преобразовывают в нижний индекс Max), фрагменты вводного выражения области. Факторы сглаживания вычисляются как:

ΔhMin=hhMinΔhСглаженный  и  ΔhMax =h(hMax ΔhСглаженный)ΔhСглаженный,

где Min h является минимальным открытием отверстия, и Сглаженный Δh является областью значений открытий отверстия, по которым можно сглаживать линейную форму вводной области. Значение Min S вычисляется как:

hMin=hMax SУтечкаSMax ,

где Утечка S является значением параметров блоков Leakage area. Значение Сглаженного S вычисляется как:

ΔhСглаженный=fСглаженныйhMax hMin2,

где Сглаженный f является значением параметров блоков Smoothing factor — часть между 0 и 1 с 0, указывающим на нулевое сглаживание и сглаживание максимума 1. Финал, сглаживавший, отверстие вводная область, дан кусочным выражением:

SСглаженный={SУтечка,если hhMinSУтечка(1λMin)+SУтечкаλMin,если h<hMin+ΔhСглаженныйSЛин,если hhMax ΔhСглаженныйSЛин(1λMax )+SMax λMax ,если h<hMax SMax ,если hhMax .

Сглаживание области отверстия

Утечка

Основная цель уровня утечки закрытого отверстия должна гарантировать, что никогда фрагмент тепловой жидкой сети не становится изолированным от остатка от модели. Такие изолированные фрагменты уменьшают числовую робастность модели и могут замедлить симуляцию или заставить его перестать работать. Утечка обычно присутствует в действительных отверстиях, но в модели ее точное значение менее важно, чем то, что это было небольшим числом, больше, чем нуль. Уровень утечки определяется от параметров блоков Leakage area.

Массовый баланс

Объем жидкости в отверстии, 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 отверстие через один порт должна поэтому равняться этому из отверстия через другой порт:

m˙A+m˙B=0,

где m˙ задан как массовая скорость потока жидкости в отверстие через порт, обозначенный индексом (A или B).

Баланс импульса

Причины падения давления, понесенного в отверстии, 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 отверстие относительно теоретического значения, которое это имело бы в идеальном отверстии. Выражение баланса импульса в отверстии с точки зрения перепада давления вызвало в потоке:

pApB=m˙В среднемm˙В среднем2+m˙Критика22ρВ среднемCDSСглаженный2[1(SСглаженныйSЛин)2]ξp,

где C D является коэффициентом выброса, и ξ p является отношением перепада давления — мера эффекта, впечатленного восстановлением давления, которое в действительных отверстиях происходит между vena contracta (точка, в которой поток в его самом узком), и выход, принятый, чтобы быть маленьким расстоянием далеко. Нижний Avg обозначает в среднем значения в тепловых жидких портах. Критическая массовая скорость потока жидкости m˙Критика вычисляется от критического числа Рейнольдса — что, в котором поток в отверстии принят к переходу от пластинчатого до бурного:

m˙Критика=РеКритикаμВ среднемπ4SЛин,

где μ обозначает динамическую вязкость. Значение отношения давления зависит от установки параметров блоков Pressure recovery. В настройке по умолчанию Off:

ξp=1.

Если On выбран вместо этого:

ξp=1(SСглаженныйSЛин)2(1CD2)CDSСглаженныйSЛин1(SСглаженныйSЛин)2(1CD2)+CDSСглаженныйSЛин.

Энергетический баланс

Отверстие 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 всегда равняться нулю:

ϕA+ϕB=0,

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

Порты

Входной параметр

развернуть все

Мгновенное смещение клапана управляет участником.

Сохранение

развернуть все

Открытие, посредством которого поток может ввести или выйти из клапана.

Открытие, посредством которого поток может ввести или выйти из клапана.

Параметры

развернуть все

Метод, которым можно смоделировать вводные характеристики отверстия. Настройка по умолчанию предписывает линейное соотношение между отверстием вводная область и открытием отверстия. Альтернативные настройки позволяют, чтобы общее, нелинейное отношение было задано в сведенной в таблицу форме, в одном случае между вводной областью и открытием отверстия, в другом случае между массовой скоростью потока жидкости и и открытие отверстия и перепад давления между портами.

Отверстие, открывающееся, в котором отверстие полностью открыто и его вводная область, поэтому в максимуме. Этот параметр используется, чтобы вычислить наклон линейного выражения, связывающего вводную область с открытием отверстия.

Зависимости

Этот параметр активен, когда параметры блоков Orifice parameterization установлены в Linear area-opening relationship.

Вводная область отверстия в полностью открытой позиции, когда открытие отверстия состоит в том, который задал в параметрах блоков maximum valve opening. Этот параметр используется, чтобы вычислить наклон линейного выражения, связывающего вводную область с открытием отверстия.

Зависимости

Этот параметр активен, когда параметры блоков Orifice parameterization установлены в Linear area-opening relationship.

Вводная область отверстия в полностью закрытой позиции, когда только внутренняя утечка между ее портами остается. Этот параметр служит, в основном, чтобы гарантировать, что закрытие отверстия не заставляет фрагменты тепловой жидкой сети становиться изолированными. Точное значение, заданное здесь, менее важно, чем то, что это было небольшим числом, больше, чем нуль.

Зависимости

Этот параметр активен, когда параметры блоков Orifice parameterization установлены в Linear area-opening relationship.

Мера объема сглаживания, чтобы примениться к вводной функции области. Этот параметр определяет ширины областей, которые будут сглаживаться, один являющийся в полностью открытой позиции, другой в полностью закрытой позиции. Сглаживание накладывает на линейной вводной функции области два нелинейных сегмента, один для каждой области сглаживания. Чем больше заданное значение, тем больше сглаживание и более широкое нелинейные сегменты.

Зависимости

Этот параметр активен, когда параметры блоков Orifice parameterization установлены в Linear area-opening relationship.

Вектор открытий отверстия, при которых можно задать — зависящий от параметризации клапана — вводная область отверстия или его массовой скорости потока жидкости. Векторные элементы должны увеличиться монотонно слева направо. Этот вектор должен быть равен в размере заданному в параметрах блоков Opening area vector или к количеству строк в параметрах блоков Mass flow rate table.

Эти данные служат, чтобы создать одностороннюю интерполяционную таблицу, которой можно определить, от открытия отверстия, вводной области отверстия или двухсторонней интерполяционной таблицы, которой можно определить, от открытия отверстия и перепада давления, массовой скорости потока жидкости отверстия. Данные обрабатываются с линейной интерполяцией (в сведенной в таблицу области значений данных) и экстраполяция ближайшего соседа (за пределами области значений данных).

Зависимости

Этот параметр активен, когда параметры блоков Orifice parameterization установлены в Tabulated data - Area vs. opening.

Вектор вводных областей, соответствующих точкам останова, задан в параметрах блоков Opening vector. Векторные элементы должны увеличиться монотонно слева направо (с увеличением значений открытия отверстия). Этот вектор должен быть равен в размере количеству точек останова открытия отверстия.

Эти данные служат, чтобы создать одностороннюю интерполяционную таблицу, которой можно определить от отверстия, открывающего вводную область отверстия. Данные обрабатываются с линейной интерполяцией (в сведенной в таблицу области значений данных) и экстраполяция ближайшего соседа (за пределами области значений данных).

Зависимости

Этот параметр активен, когда параметры блоков Orifice parameterization установлены в Tabulated data - Area vs. opening.

Вектор перепадов давления от порта A до порта B, в котором можно задать массовую скорость потока жидкости отверстия. Векторные элементы должны увеличиться монотонно слева направо. Этот вектор должен быть равен в размере количеству столбцов в параметрах блоков Mass flow rate table.

Эти данные служат, чтобы создать двухстороннюю интерполяционную таблицу, которой можно определить, от открытия отверстия и перепада давления, вводной области отверстия. Данные обрабатываются с линейной интерполяцией (в сведенной в таблицу области значений данных) и экстраполяция ближайшего соседа (за пределами области значений данных).

Зависимости

Этот параметр активен, когда параметры блоков Orifice parameterization установлены в Tabulated data - Mass flow rate vs. opening and pressure drop.

Матрица массовых скоростей потока жидкости, соответствующих точкам останова, заданным в Opening vector и параметрах блоков Pressure drop vector. Открытие отверстия увеличивается от строки до строки сверху донизу. Перепад давления увеличивается от столбца до столбца слева направо. Массовая скорость потока жидкости должна увеличиться монотонно в тех же направлениях (с увеличивающимся положением участника управления и увеличивающий перепад давления).

Эти данные служат, чтобы создать двухстороннюю интерполяционную таблицу, которой можно определить, от открытия отверстия и перепада давления, вводной области отверстия. Данные обрабатываются с линейной интерполяцией (в сведенной в таблицу области значений данных) и экстраполяция ближайшего соседа (за пределами области значений данных). Гарантируйте, что количество строк равно размеру параметров блоков Opening area vector и что количество столбцов равно размеру параметров блоков Pressure drop vector.

Зависимости

Этот параметр активен, когда параметры блоков Orifice parameterization установлены в Tabulated data - Mass flow rate vs. opening and pressure drop.

Номинальная входная температура, со ссылкой на абсолютный нуль, в котором можно задать сведенные в таблицу данные. Этот параметр используется, чтобы настроить массовую скорость потока жидкости согласно температуре, измеренной во время симуляции.

Зависимости

Этот параметр активен, когда параметры блоков Orifice parameterization установлены в Tabulated data - Mass flow rate vs. opening and pressure drop.

Номинальное входное давление, со ссылкой на абсолютный нуль, в котором можно задать сведенные в таблицу данные. Этот параметр используется, чтобы настроить массовую скорость потока жидкости согласно давлению, измеренному во время симуляции.

Зависимости

Этот параметр активен, когда параметры блоков Orifice parameterization установлены в Tabulated data - Mass flow rate vs. opening and pressure drop.

Сместите между участником управления и местоположением, в котором, в нормальном положении отверстия, это полностью покрыло бы отверстие. Задайте положительное смещение, чтобы смоделировать underlapped отверстие или отрицательное смещение, чтобы смоделировать перекрытое отверстие. Для детали о том, как вводные смещения влияют на вычисления блока, см. описание блока.

Область, нормальная к пути к потоку в каждом порте. Порты приняты, чтобы быть равными в размере. Область потока, заданная здесь, должна совпадать с теми из входных отверстий тех компонентов, с которыми соединяется отверстие.

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).

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

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

Ссылки

[1] Измерение потока жидкости посредством устройств перепада давления, вставленных в круговые кабелепроводы поперечного сечения, запускающиеся полный — Часть 2: Измерительные диафрагмы (5167–2:2003 ISO). 2003.

Расширенные возможности

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

Введенный в R2016a

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте