Shuttle Valve

Гидравлический клапан, который позволяет поток в одном направлении только

Библиотека

Распределительные клапаны

Описание

Блок Shuttle Valve представляет гидравлический клапан шаттла как модель, основанную на таблице данных. Клапан имеет два входных порта (A и A1) и один порт выхода (B). Клапаном управляет перепад давления $p_{c} = p_{A} - p_{A 1}$ . Клапан разрешает поток или между портами А и B или между портами A1 и B, в зависимости от перепада давления _pc. Первоначально, путь A-B принят, чтобы быть открытым. К открытому контуру A1-B (и близкий A-B одновременно), перепад давления должен быть меньше давлений открытия клапана (_pcr <=0).

Когда давления открытия достигнуты, поршень управления клапана (золотник, шар, тарелка, и т.д.) обеспечен от ее места и перемещений к противоположному месту, таким образом открыв один проход и закрыв другой. Если скорость потока жидкости достаточно высока, и давление продолжает изменяться, поршень управления продолжает перемещаться, пока это не достигает своего крайнего положения. В данный момент одна из областей прохода клапана в его максимуме. Максимальная площадь клапана и взламывание и максимальные давления обычно обеспечиваются в каталогах и являются тремя основными параметрами блока.

Отношение между A-B, открытиями пути A1–B и контролирует давление_{, которое pc} показывают на следующем рисунке.

В дополнение к максимальной площади область утечки также требуется, чтобы характеризовать клапан. Основная цель параметра не состоит в том, чтобы составлять возможную утечку, даже при том, что это также важно, но обеспечить вычислительную целостность схемы путем препятствования фрагменту системы то, чтобы быть изолированным после того, как клапан полностью закрывается. Изолированная или “зависающая” часть системы могла влиять на вычислительный КПД и даже вызвать отказ расчета. Поэтому значение параметров должно быть больше нуля.

Скорость потока жидкости через каждое из отверстий определяется согласно следующим уравнениям:

$q_{A B} = C_{D} \cdot A_{A B} \sqrt{\frac{2}{ρ}} \cdot \frac{p_{A B}}{{(p_{A B}^{2} + p_{c r}^{2})}^{1 / 4}}$

$q_{A 1 B} = C_{D} \cdot A_{A 1 B} \sqrt{\frac{2}{ρ}} \cdot \frac{p_{A 1 B}}{{(p_{A 1 B}^{2} + p_{c r}^{2})}^{1 / 4}}$

$A_{A B} = {\begin{array}{l} A_{l e a k} & для p_{c} \leq p_{c r a c k} \\ A_{l e a k} + k \cdot (p_{c} - p_{c r a c k}) & для p_{c r a c k} < p_{c} < p_{c r a c k} + p_{o p} \\ A_{\max} & для p_{c} \geq p_{c r a c k} + p_{o p} \end{array}$

$A_{A 1 B} = {\begin{array}{l} A_{l e a k} & для p_{c} \geq p_{c r a c k} + p_{o p} \\ A_{\max} - k \cdot (p_{c} - p_{c r a c k}) & для p_{c r a c k} < p_{c} < p_{c r a c k} + p_{o p} \\ A_{\max} & для p_{c} \leq p_{c r a c k} \end{array}$

$k = \frac{A_{\max} - A_{l e a k}}{p_{o p}}$

$p_{c} = p_{A} - p_{A 1}$

где

_AB q, q_A1B	Скорости потока жидкости через AB и отверстия A1B
_AB p, p_A1B	Перепады давления через AB и отверстия A1B
p _A, p_A1, p _B	Абсолютные давления в распределительных коробках
CD	Коэффициент расхода потока
ρ	Плотность жидкости
_AB A, A_A1B	Мгновенный AB отверстия и области прохода A1B
A _макс.	Полностью открытая область прохода отверстия
_Утечка A	Закрытая область утечки клапана
p _c	Перепад давления управления клапаном
_{Трещина} p	Дифференциал давлений открытия клапана
p _op	Перепад давления должен был полностью переключить клапан
_Краб p, p_crA1B	Минимальные давления для турбулентного течения через AB и отверстия A1B

Минимальные давления для турбулентного течения через AB и отверстия A1B, _краба p и p_crA1B, вычисляются согласно определенному методу перехода из ламинарного режима течения:

По отношению давления — переход от ламинарного к турбулентному режиму течения определяется следующими уравнениями:

_Краб p = (p_avgAB + _{банкомат} p) (1 – _{бегство} B)

p_crA1B = (p_avgA1B + _{банкомат} p) (1 – _{бегство} B)

p_avgAB = (p + p _B)/2

p_avgA1B = (p_A1 + p _B)/2

где

p_avgAB	Среднее давление для AB отверстия
p_avgA1B	Среднее давление для отверстия A1B
_{Банкомат} p	Атмосферное давление, 101 325 Па
_{Бегство} B	Отношение давления при переходе между ламинарными и турбулентными режимами (значение параметров Laminar flow pressure ratio)

По числу Рейнольдса — переход от ламинарного к турбулентному режиму определяется следующими уравнениями:

$p_{c r A B} = \frac{ρ}{2} {(\frac{{Ре}_{c r} \cdot ν}{C_{D} \cdot D_{H A B}})}^{2}$

$p_{c r A 1 B} = \frac{ρ}{2} {(\frac{{Ре}_{c r} \cdot ν}{C_{D} \cdot D_{H A 1 B}})}^{2}$

$D_{H A B} = \sqrt{\frac{4 A_{A B}}{π}}$

$D_{H A 1 B} = \sqrt{\frac{4 A_{A 1 B}}{π}}$

где

D _HAB, D_HA1B	Мгновенные гидравлические диаметры отверстия
ν	Жидкая кинематическая вязкость
Re _cr	Критическое число Рейнольдса (значение параметров Critical Reynolds number)

По умолчанию блок не включает динамику открытия клапана. Добавление динамики открытия клапана обеспечивает непрерывное поведение, которое особенно полезно в ситуациях с быстрым открытием клапана и закрытием. Области A_{AB и}A_A1B прохода отверстия в уравнениях выше затем становятся установившимся AB отверстия и областями прохода A1B, соответственно. Мгновенный AB отверстия и области прохода A1B с вводной динамикой определяются можно следующим образом:

$A_{A B_d y n} (t = 0) = A_{A B_i n i t}$

$\frac{d A_{A B_d y n}}{d t} = \frac{A_{A B} - A_{A B_d y n}}{τ}$

$A_{A 1 B_d y n} = A_{\max} + A_{l e a k} - A_{A B_d y n}$

где

A _{AB_dyn}	Мгновенная область прохода AB отверстия с вводной динамикой
A_{A1B_dyn}	Мгновенное отверстие область прохода A1B с вводной динамикой
A _{AB_init}	Начальная буква открывает область для AB отверстия
τ	Постоянная времени для ответа первого порядка открытия клапана
t	Время

Положительное направление блока на порте A относительно порта B и от порта A1 до порта B. Контролируйте давление, определяется как $p_{c} = p_{A} - p_{A 1}$ .

Основные допущения и ограничения

Открытие клапана линейно пропорционально перепаду давления.
Никакая загрузка на клапан, такой как инерция, трение, пружина, и так далее, не рассматривается.

Параметры

Maximum passage area

Максимальная площадь поперечного проходного сечения клапана. Значением по умолчанию является 1e-4 м^2.

Cracking pressure

Уровень перепада давления, на котором отверстие клапана начинает открываться. Значением по умолчанию является -1e4 Па.

Opening pressure

Перепад давления на клапане должен был переключить клапан от одного крайнего положения до другого. Значением по умолчанию является 1e4 Па.

Flow discharge coefficient

Полуэмпирический параметр для характеристики мощности клапана. Его значение зависит от геометрических свойств отверстия, и обычно указывается в табличных данных производителя или учебниках. Значением по умолчанию является 0.7.

Laminar transition specification

Выберите для блока режим перехода между ламинарным и турбулентным течениями:

Pressure ratio — Переход от ламинарного к турбулентному режиму является гладким и зависит от значения параметра Laminar flow pressure ratio. Этот метод обеспечивает лучшую сходимость моделирования.
Reynolds number — Переход от ламинарного к турбулентному режиму принят, чтобы произойти, когда число Рейнольдса достигает значения, заданного параметром Critical Reynolds number.

Laminar flow pressure ratio

Отношение давления, при котором происходит смена ламинарного на турбулентный режим течения. Значением по умолчанию является 0.999. Этот параметр отображается, только если параметр Laminar transition specification устанавливается на Pressure ratio.

Critical Reynolds number

Максимальное значение числа Рейнольдса для ламинарного течения. Значение параметра зависит от геометрического профиля отверстия. Можно найти рекомендации для определения значения этого параметра в учебниках по гидравлике. Значением по умолчанию является 12, который соответствует круглому отверстию в тонком материале с резким краем. Этот параметр отображается, только если параметр Laminar transition specification устанавливается на Reynolds number.

Leakage area

Общая площадь возможных утечек в полностью закрытом клапане. Основная цель параметра состоит в том, чтобы обеспечить вычислительную целостность схемы путем препятствования фрагменту системы то, чтобы быть изолированным после того, как клапан будет полностью закрыт. Значение параметров должно быть больше 0. Значением по умолчанию является 1e-12 м^2.

Opening dynamics

Выберите одну из следующих опций:

Do not include valve opening dynamics — Ламповые приемники его область прохода отверстия непосредственно как функция давления. Если область изменения мгновенно, уравнение потока - также. Это значение по умолчанию.
Include valve opening dynamics — Обеспечьте непрерывное поведение, которое более физически реалистично путем добавления задержки первого порядка во время открытия клапана и закрытия. Используйте эту опцию в гидравлических симуляциях с локальным решателем для симуляции в реальном времени. Эта опция также полезна, если вы интересуетесь динамикой открытия клапана в переменных симуляциях шага.

Opening time constant

Постоянная времени для ответа первого порядка открытия клапана. Этот параметр доступен, только если Opening dynamics установлен в Include valve opening dynamics. Значением по умолчанию является 0.1 s.

Initial area at port A

Начальная буква открывает область для AB отверстия. Этот параметр доступен, только если Opening dynamics установлен в Include valve opening dynamics. Значением по умолчанию является 1e-4 м^2.

Ограниченные параметры

Глобальные параметры

Параметры, определяемые типом рабочей жидкости:

Fluid density
Fluid kinematic viscosity

Используйте блок Hydraulic Fluid или блок Custom Hydraulic Fluid, чтобы определить свойства жидкости.

Порты

Блок имеет следующие порты:

A: Гидравлический порт сопоставлен с входом клапана.
A1: Гидравлический порт сопоставлен с входом клапана.
B: Гидравлический порт сопоставлен с выходом клапана.

Документация

Shuttle Valve

Библиотека

Описание

Основные допущения и ограничения

Параметры

Глобальные параметры

Порты

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Представленный в R2006b

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Документация

Shuttle Valve

Библиотека

Описание

Основные допущения и ограничения

Параметры

Глобальные параметры

Порты

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Представленный в R2006b

Документация Simscape Fluids

Поддержка

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