Переменное отверстие ISO 6358 (G)

Ограничение потока переменной области смоделировано на ISO 6358

  • Библиотека:
  • Simscape / Жидкости / Газ / Valves & Orifices

Описание

Блок Variable Orifice ISO 6358 (G) моделирует падение давления, понесенное в газовой сети из-за чисто резистивного элемента переменного размера — такого как управляемое ограничение потока, отверстие или клапан — использование методов, обрисованных в общих чертах в стандарте ISO 6358. Эти методы используются в промышленности в измерении и создании отчетов характеристик потока газа. Доступность данных по коэффициентам формул ISO делает параметризацию ISO полезной, когда конфигурации компонента являются недоступными или громоздкими, чтобы задать.

Параметризация отверстия

Параметризация отверстия по умолчанию основана на наиболее рекомендуемом из методов ISO 6358: один на основе звуковой проводимости резистивного элемента в устойчивом состоянии. Звуковая проводимость измеряет простоту, с которой газ может течь, когда дросселируется, условие, в котором скорость потока в ее теоретическом максимуме (локальная скорость звука). Дросселирование появляется, когда отношение между нисходящими и восходящими давлениями достигает критического значения, известного как критическое отношение давления

Остающаяся параметризация формулируется с точки зрения альтернативных мер пропускной способности: коэффициент потока (или в его форм, C v или в K v) или размер ограничения потока. Коэффициент потока измеряет простоту, с которой газ может течь, когда управляется определенным перепадом давления. Определение C v отличается от того из K v в стандартном давлении и температуре, установленном в его измерении и в физических единицах измерения, используемых в его выражении:

  • C v измеряется при общепринятой температуре 60°F и перепаде давления 1 PSI; это выражается в имперских модулях US gpm. Это - коэффициент потока, используемый в модели, когда параметры блоков Orifice parameterization установлены в Cv coefficient (USCS).

  • K v измеряется при общепринятой температуре 15°C и перепаде давления 1 bar; это выражается в метрических модулях m^3/h. Это - коэффициент потока, используемый в модели, когда параметры блоков Orifice parameterization установлены в Kv coefficient (SI).

Два значения требуются для выбранной меры пропускной способности (что, для которого параметризацию отверстия называют): максимум и минимум. Максимум соответствует клапану, открытому для полной мощности; это - значение, для которого о содействующих данных часто сообщают в таблицах данных клапана. Минимум соответствует клапану, закрытому трудный, когда только утечка остается, если любой вообще. Эта нижняя граница служит, в основном, чтобы гарантировать числовую робастность модели. Его точное значение менее важно, чем то, что это было (обычно очень маленьким) номером, больше, чем нуль.

Открытие параметризации

Звуковая проводимость и (в определенных настройках) критическое отношение давления определяется во время симуляции от входа в порте L. Этот вход является управляющим сигналом, и это, в некоторых клапанах, сопоставленных с процентом лифта или штрихом. Управляющий сигнал может расположиться в значении от 0 до 1. Если меньшее или большее значение задано, оно настроено к самому близкому из двух пределов. Другими словами, сигнал насыщается в 0 и 1.

Если параметризация отверстия изменяется от ее значения по умолчанию Sonic conductance, звуковая проводимость и критическое отношение давления определяются как линейные функции выбранной меры пропускной способности. Эта альтернативная мера в свою очередь получена из управляющего сигнала. Вычисления массовой скорости потока жидкости выполняются как прежде, с помощью уравнений, описанных в ''Звуковой Параметризации Проводимости''.

Преобразование от управляющего сигнала до выбранной меры пропускной способности зависит от вводной параметризации, выбранной в блоке. Поток всегда максимально ограничивается, когда управляющим сигналом является 0 и минимально поэтому, когда управляющим сигналом является 1. Однако промежуточный, скорость потока жидкости, достигнутая в резистивном элементе, зависит от того, линейна ли вводная параметризация или на основе сведенных в таблицу данных:

  • Linear — Мера пропускной способности (звуковая проводимость, коэффициент условной цены, другой) пропорциональна управляющему сигналу в порте L. Эти два отличаются по тандему до управляющего сигнала, которого любой опускает ниже 0 (поток максимально ограничивается), или повышается выше 1 (поток минимально ограничивается). Когда управляющий сигнал повышается от 0 до 1, меры шкал пропускной способности от ее заданного минимума до ее заданного максимума.

    В преобразовании в параметры звуковой параметризации проводимости и критическое отношение давления и дозвуковой индекс обработаны как константы, каждый независимый политик управляющего сигнала.

  • Tabulated data — Мерой пропускной способности является сведенная в таблицу функция управляющего сигнала в порте L. Эта функция основана на односторонней интерполяционной таблице с управляющим сигналом, соответствующим абсциссе и мере пропускной способности к ординате. Сведенные в таблицу данные должны быть заданы таким образом, что мера пропускной способности увеличивается монотонно с управляющим сигналом.

    В преобразовании в параметры звуковой параметризации проводимости критическое отношение давления обработано как функция управляющего сигнала, в то время как дозвуковой индекс обработан как константа.

Массовый баланс

Объем жидкости в резистивном элементе, 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:

m˙A+m˙B=0,

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

Баланс импульса

Причины падения давления, понесенного в проходах резистивного элемента, проигнорированы в блоке. Безотносительно их характеров — внезапных изменений области, искривлений прохода потока — только их совокупный эффект рассматривается во время симуляции. Именно этот совокупный эффект звуковая проводимость в параметризации отверстия по умолчанию получает в модели. Если различная параметризация выбрана, коэффициенты, на которых она базируется, преобразованы в параметры параметризации по умолчанию; массовое вычисление скорости потока жидкости затем выполняется, как описано в Звуковой Параметризации Проводимости.

Звуковая параметризация проводимости

В дросселируемом потоке массовая скорость потока жидкости через резистивный элемент вычисляется как:

m˙ch=Cρ0p\inT0T\in,

где:

  • C является звуковой проводимостью в резистивном элементе.

  • ρ является плотностью газа, здесь при стандартных условиях (преобразуйте в нижний индекс 0, 1.185 kg/m^3).

  • p является абсолютным давлением газа, здесь соответствуя входному отверстию (преобразуйте в нижний индекс in).

  • T является температурой газа во входном отверстии (преобразуйте в нижний индекс in), или при стандартных условиях (0, 293.15 K).

В дозвуковом и турбулентном течении массовое вычисление скорости потока жидкости становится:

m˙tur=Cρ0p\inT0T\in[1(prbcr1bcr)2]m,

где:

  • p r является отношением между нисходящим давлением (p) и восходящим давлением (p в) (каждый измерился против абсолютного нуля):

    pr=pp\in

  • b cr является критическим отношением давления, в котором поток газа сначала начинает дросселировать.

  • m является дозвуковым индексом, эмпирический коэффициент, используемый, чтобы более точно охарактеризовать поведение дозвуковых потоков.

В дозвуковом и ламинарном течении массовое вычисление скорости потока жидкости изменяется на:

m˙бегство=Cρ0(pp\in1bбегство)T0T\in[1(bбегствоbcr1bcr)2]m,

где бегство b является критическим отношением давления в который переходы потока между пластинчатыми и бурными режимами. Объединение вычислений для трех режимов потока в кусочную функцию дает через все отношения давления:

m˙={m˙бегство,если bбегствоpr<1m˙tur,если bcrpr<bбегствоm˙ch,если pr<bcr,

Преобразования в звуковую проводимость

Если параметризация отверстия установлена в Cv coefficient (USCS), параметры массового вычисления скорости потока жидкости устанавливаются можно следующим образом:

  • Sonic conductance: C = 4E-8 * C v m^3 / (s*Pa)

  • Critical pressure ratio: b cr = 0.3

  • Subsonic index: m = 0.5

Если параметризация Kv coefficient (SI) используется:

  • Sonic conductance: C = 4.78E-8 * K v m^3 / (s*Pa)

  • Critical pressure ratio: b cr = 0.3

  • Subsonic index: m = 0.5

Для параметризации Restriction area:

  • Sonic conductance: C = 0.128 * 4 S R/π L / (s*bar), где S является областью потока в резистивном элементе (преобразовывают в нижний индекс R).

  • Critical pressure ratio: b cr = 0.41 + 0.272 (S R/SP) ^0.25

  • Subsonic index: m = 0.5

Энергетический баланс

Резистивный элемент 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:

ϕA+ϕB=0,

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

Порты

Входной параметр

развернуть все

Управляющий сигнал, посредством которого можно задать открытие (в некоторых клапанах, сопоставленных со штрихом или процентом лифта) отверстия. Отверстие полностью закрывается в значении 0 и полностью открытое в значении 1.

Сохранение

развернуть все

Открытие, посредством которого поток может ввести или выйти из сопротивления потока. Какой из портов служит входным отверстием и который как выход зависит от направления потока.

Открытие, посредством которого поток может ввести или выйти из сопротивления потока. Какой из портов служит входным отверстием и который как выход зависит от направления потока.

Параметры

развернуть все

Выбор метода ISO использовать в вычислении массовой скорости потока жидкости. Все вычисления основаны на параметризации Sonic conductance. Если различная параметризация выбрана, коэффициенты, которые характеризуют ее, преобразованы в звуковую проводимость, критическое отношение давления и дозвуковой индекс.

Метод, которым можно преобразовать управляющий сигнал, заданный в порте L к выбранной мере пропускной способности (звуковая проводимость, или коэффициентов потока или области ограничения). См. описание блока для большего количества детали о вводной параметризации.

Значение звуковой проводимости, когда управляющим сигналом, заданным в порте L, является 1. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, затем в максимуме. Во время симуляции звуковая проводимость в промежуточных управляющих сигналах (оцененные между 0 и 1) установлена линейной интерполяцией между этим значением и тем из параметра Sonic conductance at leakage flow.

Значение звуковой проводимости, когда управляющим сигналом, заданным в порте L, является 0. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, затем как минимум только с незначительной утечкой, остающейся между портами. Основная цель этого параметра должна гарантировать числовую робастность модели во время симуляции. Его точное значение менее важно, чем то, что это было очень небольшим числом, больше, чем нуль.

Во время симуляции звуковая проводимость в промежуточных управляющих сигналах (оцененные между 0 и 1) установлена линейной интерполяцией между этим значением и тем из параметра Sonic conductance at maximum flow.

Отношение давления, в котором поток сначала начинает дросселировать и скорость потока, достигает своего максимума, данного локальной скоростью звука. Отношение давления является частью абсолютного давления в нисходящем направлении резистивного элемента по абсолютному давлению в восходящем направлении того же компонента.

Вектор значений управляющего сигнала, в которых можно задать выбранную меру пропускной способности (звуковая проводимость, или коэффициентов потока или области ограничения). Управляющий сигнал ограничен в 0 и 1 с каждым значением в этой области значений, соответствующей вводной части резистивного элемента. Чем больше значение, тем больше открытие и (обычно) более легкое поток.

Вводные части должны увеличиться монотонно через вектор слева направо. Размер этого вектора должен совпасть с размером выбранной меры пропускной способности (Sonic conductance vector, Cv coefficient (USCS) vector, другой).

Вектор звуковых проводимостей в резистивном элементе, с каждой проводимостью, соответствующей значению в параметре Opening fraction vector. Звуковые проводимости должны увеличиться монотонно слева направо с большими вводными частями, обычно переводящими в большие звуковые проводимости. Размер вектора должен совпасть с размером Opening fraction vector.

Вектор критических отношений давления, в которых поток сначала дросселирует с каждым критическим отношением давления, соответствующим значению в параметре Opening fraction vector. Критическое отношение давления является частью нисходящего потока к восходящим давлениям, при которых скорость потока достигает локальной скорости звука. Размер вектора должен совпасть с размером Opening fraction vector.

Экспонента, используемая, чтобы более точно вычислить массовую скорость потока жидкости в дозвуковом режиме потока, как описано в ISO 6358. Этот параметр обработан как постоянный независимый политик вводной части, заданной управляющим сигналом в порте L.

Значение C v коэффициент потока, когда управляющим сигналом, заданным в порте L, является 1. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, затем в максимуме. Во время симуляции коэффициент потока в промежуточных управляющих сигналах (оцененные между 0 и 1) установлен линейной интерполяцией между этим значением и тем из параметра Cv coefficient (USCS) at leakage flow.

Значение C v коэффициент потока, когда управляющим сигналом, заданным в порте L, является 0. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, затем как минимум только с незначительной утечкой, остающейся между портами. Основная цель этого параметра должна гарантировать числовую робастность модели во время симуляции. Его точное значение менее важно, чем то, что это было очень небольшим числом, больше, чем нуль.

Во время симуляции коэффициент потока в промежуточных управляющих сигналах (оцененные между 0 и 1) установлен линейной интерполяцией между этим значением и тем из параметра Cv coefficient (USCS) at maximum flow.

Вектор C v коэффициенты потока выразил в США обычные модули ft^3} / min с каждым коэффициентом, соответствующим значению в параметре Opening fraction vector. Коэффициенты потока должны увеличиться монотонно слева направо с большими вводными частями, обычно переводящими в большие коэффициенты потока. Размер вектора должен совпасть с размером Opening fraction vector.

Значение K v коэффициент потока, когда управляющим сигналом, заданным в порте L, является 1. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, затем в максимуме. Во время симуляции коэффициент потока в промежуточных управляющих сигналах (оцененные между 0 и 1) установлен линейной интерполяцией между этим значением и тем из параметра Kv coefficient (SI) at leakage flow.

Значение K v коэффициент потока, когда управляющим сигналом, заданным в порте L, является 0. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, затем как минимум только с neglible утечкой, остающейся между портами. Основная цель этого параметра должна гарантировать числовую робастность модели во время симуляции. Его точное значение менее важно, чем то, что это было очень небольшим числом, больше, чем нуль.

Во время симуляции коэффициент потока в промежуточных управляющих сигналах (оцененные между 0 и 1) установлен линейной интерполяцией между этим значением и тем из параметра Kv coefficient (SI) at maximum flow.

Вектор K v коэффициенты потока, выраженные в единицах СИ L/min, с каждым коэффициентом, соответствующим значению в параметре Opening fraction vector. Коэффициенты потока должны увеличиться монотонно слева направо с большими вводными частями, обычно переводящими в большие коэффициенты потока. Размер вектора должен совпасть с размером Opening fraction vector.

Коэффициент потока выражается в единицах СИ L/min. Этот параметр измеряет простоту, с которой газ пересекает резистивный элемент, когда управляется перепадом давления. См. описание блока для соответствия между этими параметрами.

Значение области потока при самой короткой апертуре, когда управляющим сигналом, заданным в порте L, является 1. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, затем в максимуме. Во время симуляции область потока в промежуточных управляющих сигналах (оцененные между 0 и 1) установлена линейной интерполяцией между этим значением и тем из параметра Restriction area at leakage flow.

Значение области потока при самой короткой апертуре, когда управляющим сигналом, заданным в порте L, является 0. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, затем как минимум только с незначительной утечкой, остающейся между портами. Основная цель этого параметра должна гарантировать числовую робастность модели во время симуляции. Его точное значение менее важно, чем то, что это было очень небольшим числом, больше, чем нуль.

Во время симуляции область потока в промежуточных управляющих сигналах (оцененные между 0 и 1) установлена линейной интерполяцией между этим значением и тем из параметра Restriction area at maximum flow.

Вектор областей потока, как измерено при самой короткой апертуре, с каждой областью потока, соответствующей значению в параметре Opening fraction vector. Области потока должны увеличиться монотонно слева направо с большими вводными частями, обычно переводящими в большие области потока. Размер вектора должен совпасть с размером Opening fraction vector.

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 резистивный элемент.

Отношение давления, в который переходы потока между режимами ламинарного и турбулентного течения. Отношение давления является частью абсолютного давления в нисходящем направлении резистивного элемента по абсолютному давлению в восходящем направлении того же компонента. Типичные значения колеблются от 0.995 до 0.999.

Абсолютная температура, установленная в измерении звуковой проводимости, как задано в ISO 8778.

Массовая плотность при стандартных условиях, установленных в измерении звуковой проводимости, как задано в ISO 8778.

Ссылки

[1] P. Венчик, пневматические диски, Springer-Verlag Берлин Гейдельберг, 2007.

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Введенный в R2018a