Pilot-Operated Check Valve (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 порт управления неактивен, и клапан ведет себя как любой другой запорный клапан. Его отверстие затем открыто только, когда градиент давления через него понижается от входа 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, порт управления 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 в его давлениях открытия, и продолжаясь в конец его области значений регулирования давления. Давления открытия дают начальное сопротивление, из-за трения или упругих 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).

Давление открытия принимает важную роль в обратных клапанах, установленных вверх тормашками. Там, вес запорного элемента — такого как шар или поршень — и повышения высоты жидкости может действовать, чтобы открыть клапан. (Повышение высоты может возникнуть в модели из трубы в восходящем направлении входного отверстия, когда расположено вертикально или, с учетом наклона.). Достаточное давление открытия мешает клапану открываться непреднамеренно даже если помещен в невыгодный угол.

Контроль давления

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

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

где p является абсолютным давлением, и k является экспериментальным отношением — пропорция экспериментальной площади открытия (S _X) к площади открытия клапана (S _R). Индекс X обозначает экспериментальное значение и индексы A и B вход и значения выхода, соответственно. Давления порта являются определенными переменными (против абсолютного нуля) в процессе моделирования.

Экспериментальное давление может быть дифференциальным значением относительно входа (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:

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

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

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

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

Управляйте перерегулированием давления

Степень, к которой давление управления превышает давления открытия, 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), давления открытия (_Набор p), и максимальное вводное давление (P _Max) соответствуют выбранной спецификации давления управления (Pressure differential или Pressure at port A).

Часть — технически, нормированное перерегулирование — оценена в 0 при полностью закрытом клапане и 1 при 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.)

Численное сглаживание

Нормированные контролируют давление, p, охватывает три области давления. Ниже давлений открытия клапана его значение является постоянным нулем. Выше максимального давления того же самого это - 1. Промежуточный, это варьируется, 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 для того, чтобы 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 из кубических полиномов:

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

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

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 положения полностью открытого отверстия.
Δp^* является (безразмерной) характеристической шириной области сглаживания давления:

$Δ p^{*} = f^{*} \frac{1}{2},$
где f^* является коэффициентом сглаживания, оцененным между 0 и 1 и полученный из параметров блоков того же имени.
Когда коэффициентом 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 кусочно-линейной 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). Рисунок показывает эффект сглаживания на резкости переходов.

Площадь открытия

Клапан принят, чтобы открыться линейно сглаживавшим перерегулированием давления управления:

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

где S является проводимостью звука и индексами Max и Min обозначьте его значения при полностью открытом и полностью закрытом клапане. В терминах сглаживавшего перерегулирования давления управления площадь открытия становится:

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

(Оба выражения используются в вычислении перепада давления на клапане.)

Баланс импульса

Причины падения давления, происходящих в каналах клапана, проигнорированы в блоке. Безотносительно их характера — внезапных изменений сечения, искривлений линии потока — только их совокупный эффект рассматривается во время моделирования. Этот эффект получен в блоке коэффициентом потерь, 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:

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

где ρ является плотностью, C _D является коэффициентом расхода, и ξ _p является отношением перепада давления — мера степени, до которой восстановление давления при выходе способствует общему перепаду давления клапана. Индекс В среднем обозначает средние значения в тепловых гидравлических портах. Критический массовый расход жидкости, ${\dot{m}}_{Crit}$ , вычисляется из критического числа Рейнольдса — в котором поток в клапане принят к переходу от ламинарного к турбулентному:

${\dot{m}}_{Crit} = {Re}_{Критика} μ_{Avg} \sqrt{\frac{π}{4} S},$

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

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

Баланс массы

Объем жидкости в клапане, и, следовательно, его масса, приняты, очень маленькими, и это, для целеймоделирования, проигнорировано. В результате никакое количество жидкости не может накопиться там. По принципу сохранения массы массовый расход жидкости в клапан через один порт должен равняться расходу из клапана через другой порт:

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

где $\dot{m}$ задан как массовый расход жидкости в клапан через порт A или B.

Энергетический баланс

Клапан моделируется как адиабатический компонент. Никакой теплообмен не может находиться между жидкостью и стенкой, которая окружает ее. Никакой работы не происходит над или жидкостью, как это протекает от входного отверстия до выхода. С этими предположениями энергия может течь адвекцией только через порты A и B. По принципу сохранения энергии сумма энергетических потоков в портах 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 При открытии, через который рабочая жидкость должна, во время нормального функционирования (когда механизм управления отключен), ввод в клапан. Этот порт может служить выходом только, когда порт управления герметизируется до достаточной степени.

`B` — Вход клапана
тепловая жидкость

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

`X` — Порт управления
тепловая жидкость

Открытие, которым можно привести в действие (приложением достаточного давления) механизм управления, 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 порта управления (X) к входу (A). В альтернативной установке (Pressure at port X) это - функция абсолютного давления во входе.

`Cracking pressure differential` — Эффективное давление управления, при котором начинает открываться 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 между входным и выходным отверстиями с произведением давления управления и коэффициента управления. (Используемое давление управления 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 между входным и выходным отверстиями с произведением давления управления и коэффициента управления. (Используемое давление управления зависит от установки параметра Pressure control specification.)

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

Отношение площади порта управления к площади порта входа.

`Maximum opening area` — Площадь открытия в положении полностью открытого отверстия из-за изоляции недостатков
`1e-4 m^2` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

Площадь открытия в полностью открытом положении, когда клапан на верхнем пределе диапазона значений регулирования давления.

`Leakage area` — Площадь открытия в закрытом положении из-за изоляции недостатков
`1e-10 m^2` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

Площадь открытия клапана в максимально закрытом положении, когда остается только внутренние утечки между портами. Этот параметр служит, в основном, чтобы гарантировать, что закрытие клапана не заставляет фрагменты гидравлической сети становиться изолированными (условие, которое, как известно, вызывает проблемы моделирования). Точное значение, заданное здесь, менее важно что то, что это (очень маленькое) число, больше нуля.

`Smoothing factor` — Объем сглаживания, чтобы примениться к функции площади открытия клапана
0 (значение по умолчанию)

Количество сглаживания для применения я к функции площади открытия клапана. Этот параметр определяет ширины областей, которые будут сглаживаться — один расположен при полностью открытом положении, другой при полностью закрытом положении.

Сглаживание накладывает на каждой области функции площади открытия 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, никакое сглаживание не применяется. Переходы к максимально закрытому и положения полностью открытого отверстия затем вводят разрывы (сопоставленный с нулевыми пересечениями), которые имеют тенденцию замедлять скорость моделирования.

`Cross-sectional area at ports A and B` Площадь, перпендикулярная линии потока в портах клапана
`0.01 m^2` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

Площадь, перпендикулярная линии потока в портах клапана. Порты приняты одинаковыми в размере. Площадь потока, заданная здесь, должна идеально совпадать с площадями 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, пройденное жидкостью, когда она перемещается от входного отверстия до выхода. Это расстояние используется в вычислении внутренней тепловой проводимости, которая происходит между этими двумя портами (как часть сглаженного вихря энергетической схемы, используемой в тепловой гидравлической области).

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

Отношение фактической скорости потока жидкости через клапан к теоретическому значению, которое это имело бы при 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 границе между режимами ламинарного и турбулентного течения
12 (значение по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр

Число Рейнольдса, при котором поток переходит между ламинарным и турбулентным режимами.

Документация

Pilot-Operated Check Valve (TL)

Описание

Контроль давления

Управляйте перерегулированием давления

Численное сглаживание

Площадь открытия

Баланс импульса

Баланс массы

Энергетический баланс

Порты

Сохранение

`A` — Вход клапана
тепловая жидкость

`B` — Вход клапана
тепловая жидкость

`X` — Порт управления
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 области порта управления, чтобы вставить область портов
1 (значение по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр

`Leakage area` — Площадь открытия в закрытом положении из-за изоляции недостатков
`1e-10 m^2` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

`Smoothing factor` — Объем сглаживания, чтобы примениться к функции площади открытия клапана
0 (значение по умолчанию)

`Cross-sectional area at ports A and B` Площадь, перпендикулярная линии потока 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 границе 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

Pilot-Operated Check Valve (TL)

Описание

Контроль давления

Управляйте перерегулированием давления

Численное сглаживание

Площадь открытия

Баланс импульса

Баланс массы

Энергетический баланс

Порты

Сохранение

A — Вход клапана тепловая жидкость

B — Вход клапана тепловая жидкость

X — Порт управления 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 области порта управления, чтобы вставить область портов1 (значение по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр

Leakage area — Площадь открытия в закрытом положении из-за изоляции недостатков 1e-10 m^2 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

Smoothing factor — Объем сглаживания, чтобы примениться к функции площади открытия клапана0 (значение по умолчанию)

Cross-sectional area at ports A and B Площадь, перпендикулярная линии потока 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 клапан0.1 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах длины

Critical Reynolds number — Число Рейнольдса на границе между режимами ламинарного и турбулентного течения12 (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

`X` — Порт управления
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 области порта управления, чтобы вставить область портов
1 (значение по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр

`Leakage area` — Площадь открытия в закрытом положении из-за изоляции недостатков
`1e-10 m^2` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

`Smoothing factor` — Объем сглаживания, чтобы примениться к функции площади открытия клапана
0 (значение по умолчанию)

`Cross-sectional area at ports A and B` Площадь, перпендикулярная линии потока 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 границе 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™.