Variable Orifice

Типовое гидравлическое отверстие с переменным сечением

Библиотека

Отверстия

Описание

Блок представляет отверстие с переменным сечением любого типа на основе на табличных данных. В зависимости от данных, представленных в каталогах производителей или табличных данных для вашего конкретного отверстия, можно выбрать одну из следующих опций модели параметризации:

By maximum area and opening — Используйте эту опцию, если таблица данных обеспечивает только максимальную площадь отверстия и диапазон максимума поршня управления.
By area vs. opening table — Используйте эту опцию, если каталог или таблица данных предоставляют таблицу области прохода отверстия на основе перемещения органа управления A=A(h).
By pressure-flow characteristic — Используйте эту опцию, если каталог или таблица данных предоставляют двумерную таблицу характеристик потока давления q=q(p,h).

В первом случае область прохода принята, чтобы быть линейно зависимой на перемещении органа управления, то есть, отверстие принято, чтобы быть закрытым в исходном положении поршня управления (нулевое смещение), и максимальное открытие происходит в максимальном смещении. Во втором случае область прохода определяется одномерной интерполяцией из таблицы A=A(h). В обоих случаях маленькая область утечки принята, чтобы существовать даже после того, как отверстие будет полностью закрыто. Физически, это представляет возможное разрешение при закрытом клапане, но основная цель параметра состоит в том, чтобы обеспечить вычислительную целостность схемы путем препятствования фрагменту системы то, чтобы быть изолированным после того, как клапан полностью закрывается. Изолированная или “висящая” часть системы могла влиять на вычислительный КПД и даже вызвать отказ расчета.

В первых и вторых случаях скорость потока жидкости вычисляется согласно следующим уравнениям:

$q = C_{D} \cdot A (h) \sqrt{\frac{2}{ρ}} \frac{Δ p}{{(Δ p^{2} + p_{Cr}^{2})}^{1 / 4}},$

$Δ p = p_{A} - p_{B},$

$h = x_{0} + x \cdot o r$

Для первого варианта параметризации площадь открытия (A) является кусочно-линейной функцией перемещения органа управления (h). Область насыщает в ее значении утечки, когда поршень управления находится в положении полностью закрытого отверстия (_min h). Это достигает максимального значения, когда поршень управления находится в положении полностью открытого отверстия (h _макс.).

$A (h) = {\begin{array}{l} A_{leak} & h \leq h_{min} \\ \frac{A_{max}}{h_{max}} h, & h > 0 \\ A_{max}, & h \geq h_{max} \end{array}$

Минимальное положение органа управления определяется как:

$h_{min} = \frac{h_{max}}{A_{max}} A_{leak}$

Для второго варианта параметризации значение площади определяется как значение функции от перемещения органа управления. Как и в предыдущем случае площадь отверстия достигает значения площади утечки, когда орган управления полностью закрывает отверстие, и максимального значения - когда орган управления полностью открывает отверстие. Между закрытым и открытым положениями:

$A = f (h)$

Таблица суммирует параметры, используемые в уравнениях.

q	Скорость потока жидкости
p	Перепад давления
p _A, p _B	Абсолютные давления в распределительных коробках
CD	Коэффициент расхода потока
A(h)	Мгновенная область прохода отверстия
A _макс.	Максимальная площадь отверстия
h _макс.	Смещение максимума поршня управления
x0	Начальное открытие
x	Перемещение органа управления от исходного положения
h	Открытие отверстия
or	Индикатор ориентации отверстия. Переменная принимает +1 значение, если перемещение органа управления в глобальном положительном направлении открывает отверстие, и –1, если положительное движение уменьшает открытие.
ρ	Плотность жидкости
_Утечка A	Закрытая область утечки отверстия
p _cr	Минимальное давление турбулентного течения

Минимальное давление турбулентного течения, p _cr, вычисляется согласно определенному методу перехода из ламинарного режима течения:

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

p _cr = (p _{в среднем} + _{банкомат} p) (1 – _{бегство} B)

p _{в среднем} = (p + p _B)/2

где

p _{в среднем}	Среднее давление между распределительными коробками
_{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:

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

$D_{H} = \sqrt{\frac{4 A}{π}}$

где

D _H	Мгновенный гидравлический диаметр отверстия
ν	Жидкая кинематическая вязкость
Re _cr	Критическое число Рейнольдса (значение параметров Critical Reynolds number)

В третьем случае, когда параметры отверстия заданы характеристиками скорость-давления, скорость потока жидкости определяется двумерной интерполяцией. В этом случае не учитываются ни режим течения, ни утечки, поскольку эти функции учитываются табличными данными. Характеристики скорость-давления заданы тремя наборами данных: массив открытий отверстия, массив перепадов давления через отверстие и матрица значений скорости потока жидкости. Каждое значение скорости потока жидкости соответствует определенной комбинации открытия и перепада давления.

Положительное направление блока на порте A относительно порта B. Это означает, что скорость потока жидкости положительна, если она течет от А к B, и перепад давления определяется как $Δ p = p_{A} - p_{B},$ . Положительный сигнал в порте S физического сигнала открывает или закрывает отверстие в зависимости от значения индикатора ориентации отверстия.

Основные допущения и ограничения

Инерция жидкости не учитывается.
Для отверстий, заданных характеристиками потока давления (третья опция параметризации), модель явным образом не составляет режим течения или уровень утечек, потому что табличные данные приняты, чтобы составлять эти характеристики.

Параметры

Model parameterization

Выберите один из следующих методов для определения отверстия:

By maximum area and opening — Введите значения для максимальной площади постоянного отверстия и максимального открытия отверстия. Область прохода линейно зависима на перемещении органа управления, то есть, отверстие закрывается в исходном положении поршня управления (нулевое смещение), и максимальное открытие происходит в максимальном смещении. Это - метод по умолчанию.
By area vs. opening table — Введите таблицу данных открытий отверстия и соответствующих площадей постоянного отверстия. Область прохода определяется одномерным поиском по таблице. У вас есть выбор двух методов интерполяции и двух методов экстраполяции.
By pressure-flow characteristic — Введите таблицу данных открытий отверстия, перепадов давления и соответствующих скоростей потока жидкости. Скорость потока жидкости определяется двумерным поиском по таблице. У вас есть выбор двух методов интерполяции и двух методов экстраполяции.

Orifice maximum area

Определите площадь полностью открытого отверстия. Значение параметров должно быть больше нуля. Значением по умолчанию является 5e-5 м^2. Этот параметр используется, если Model parameterization установлен в By maximum area and opening.

Orifice maximum opening

Определите максимальное перемещение поршня управления. Значение параметров должно быть больше нуля. Значением по умолчанию является 5e-4 m. Этот параметр используется, если Model parameterization установлен в By maximum area and opening.

Orifice opening vector, s

Задайте вектор входных значений для открытий отверстия как одномерный массив. Вектор входных значений должен строго увеличиваться. Значения могут быть расположены с неоднородными интервалами. Минимальное количество значений зависит от метода интерполяции: необходимо ввести по крайней мере два значения для линейной интерполяции, по крайней мере три значения для сплайн-интерполяции. Значениями по умолчанию, в метрах, является [-0.002 0 0.002 0.005 0.015]. Если Model parameterization установлен в By area vs. opening table, значения Tabulated orifice openings будут использоваться вместе со значениями Tabulated orifice area в одномерном поиске по таблице. Если Model parameterization установлен в By pressure-flow characteristic, значения Tabulated orifice openings будут использоваться вместе с Tabulated pressure differentials и Tabulated flow rates для двумерного поиска по таблице.

Orifice area vector

Задайте вектор площадей постоянного отверстия как одномерный массив. Вектор должен быть одного размера с вектором открытий отверстия. Все значения должны быть положительными. Значениями по умолчанию, в м^2, является [1e-09 2.0352e-07 4.0736e-05 0.00011438 0.00034356]. Этот параметр используется, если Model parameterization установлен в By area vs. opening table.

Pressure differential vector, dp

Задайте вектор перепада давления как одномерный массив. Вектор должен строго увеличиваться. Значения могут быть расположены с неоднородными интервалами. Минимальное количество значений зависит от метода интерполяции: необходимо ввести по крайней мере два значения для линейной интерполяции, по крайней мере три значения для сплайн-интерполяции. Значениями по умолчанию, в Па, является [-1e+07 -5e+06 -2e+06 2e+06 5e+06 1e+07]. Этот параметр используется, если Model parameterization установлен в By pressure-flow characteristic.

Volumetric flow rate table, q(s,dp)

Определите скорости потока жидкости как m- n матрица, где m количество открытий отверстия и n количество перепадов давления. Каждое значение в матрице определяет скорость потока жидкости, происходящую в определенной комбинации открытия отверстия и перепада давления. Матричный размер должен совпадать с размерами исходных векторов. Значения по умолчанию, в м^3/c:

[-1e-07 -7.0711e-08 -4.4721e-08 4.4721e-08 7.0711e-08 1e-07;
 -2.0352e-05 -1.4391e-05 -9.1017e-06 9.1017e-06 1.4391e-05 2.0352e-05;
 -0.0040736 -0.0028805 -0.0018218 0.0018218 0.0028805 0.0040736;
 -0.011438 -0.0080879 -0.0051152 0.0051152 0.0080879 0.011438;
 -0.034356 -0.024293 -0.015364 0.015364 0.024293 0.034356;]

Этот параметр используется, если Model parameterization установлен в By pressure-flow characteristic.

Interpolation method

Выберите один из следующих методов интерполяции для аппроксимации итогового значения, когда исходное значение находится между двумя последовательными узлами решетки:

Linear — Выберите эту опцию, чтобы получить лучшую производительность.
Smooth — Выберите эту опцию, чтобы произвести непрерывную кривую (By area vs. opening table) или поверхность (By pressure-flow characteristic) с непрерывными производными первого порядка.

Для получения дополнительной информации об алгоритмах интерполяции смотрите страницы с описанием блока PS Lookup Table (1D) и PS Lookup Table (2D).

Extrapolation method

Выберите один из следующих методов экстраполяции для определения выходного значения, когда входное значение найдется вне диапазона, указанного в списке аргументов:

Linear — Выберите эту опцию, чтобы произвести кривую или поверхность с непрерывными производными первого порядка в области экстраполяции и за пределами с областью интерполяции.
Nearest — Выберите эту опцию, чтобы произвести экстраполяцию, которая не выше самой высокой или ниже самой низкой точки в области данных.

Для получения дополнительной информации об алгоритмах экстраполяции смотрите страницы с описанием блока PS Lookup Table (1D) и PS Lookup Table (2D).

Orifice orientation

Параметр введен, чтобы указать, что эффект отверстия влияет на движение при открытии клапана. Параметр может быть установлен на одну из двух опций: Opens in positive direction или Opens in negative direction. Значение Opens in positive direction задает отверстие, поршень управления которого открывает клапан, когда это смещено в глобальном положительном направлении. Параметр чрезвычайно полезен для создания клапанной кромки распределителя со всеми отверстиями, управляемыми тем же золотником. Значением по умолчанию является Opens in positive direction.

Flow discharge coefficient

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

Initial opening

Начальное открытие отверстий. Параметр может быть положительным (приоткрытое отверстие), отрицательным (перекрывающееся отверстие) или равным нулю для установки нулевого перекрытия. Значение начального открытия не зависит от ориентации отверстия. Значение по умолчанию 0.

Leakage area

Общая площадь возможных утечек в полностью закрытом отверстии. 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.

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. Этот параметр отображается, только если параметр Laminar transition specification устанавливается на Reynolds number.

Вкладка переменных

Volumetric flow rate: Скорость потока жидкости, определенная как объем жидкости в единицу времени в начальный момент времени. Это значение призвано помочь во время компиляции модели. Фактическая скорость потока жидкости может отличаться в случае необходимости, чтобы удовлетворить всем ограничениям модели. Установите уровень Priority на High приоритизировать заданное значение во время сборки блока.
Pressure drop: Скачок давления на порте A относительно порта B в начальный момент времени. Это значение призвано помочь во время компиляции модели. Фактическая скорость потока жидкости может отличаться в случае необходимости, чтобы удовлетворить всем ограничениям модели. Установите уровень Priority на High приоритизировать заданное значение во время сборки блока.

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 отверстия.
B: Гидравлический порт сопоставлен с выходом отверстия.
S: Порт физического сигнала для управления перемещением золотника.

Скорость потока жидкости положительна если потоки жидкости от порта A к порту B. Положительный сигнал в порте S физического сигнала открывает или закрывает отверстие в зависимости от значения параметра Orifice orientation.

Примеры

Гидравлический пример Усилителя Сопла Хлопушки иллюстрирует использование блока Variable Orifice в гидравлических системах.

Документация

Variable Orifice

Библиотека

Описание

Основные допущения и ограничения

Параметры

Глобальные параметры

Порты

Примеры

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Введен в R2006a

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Документация

Variable Orifice

Библиотека

Описание

Основные допущения и ограничения

Параметры

Глобальные параметры

Порты

Примеры

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Введен в R2006a

Документация Simscape Fluids

Поддержка

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