Variable Orifice ISO 6358 (G)
Ограничение потока переменной области смоделировано на ISO 6358
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 проводимости звука резистивного элемента в устойчивом состоянии. Проводимость звука 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 в терминах 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 перепад 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 перепад 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
Проводимость звука и (в определенных настройках) критическое отношение давления определяется в процессе моделирования из входа в порте L. Этот вход является управляющим сигналом, и это, при некоторых клапанах, сопоставленных с процентом лифта или диапазоном. Управляющий сигнал может расположиться в значении от 0
к 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
, проводимость звука и критическое отношение давления определяются как линейные функции выбранной меры пропускной способности. Эта альтернативная мера в свою очередь получена из управляющего сигнала. Вычисления массового расхода жидкости выполняются как прежде, с помощью уравнений, описанных в ''Параметризации Проводимости звука''.
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 табличных данных:
Linear
— Мера пропускной способности (проводимость звука, коэффициент Cv, другой) пропорциональна управляющему сигналу в порте L. Эти два варьируются по тандему до управляющего сигнала, которого любой опускает ниже 0
(поток максимально ограничивается), или повышается выше 1
(поток минимально ограничивается). Когда управляющий сигнал повышается с 0
к 1
, мера пропускной способности масштабируется от ее заданного минимума до ее заданного максимума.
В преобразовании в параметры параметризации проводимости звука 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. Табличные данные должны быть заданы таким образом, что мера пропускной способности увеличивается монотонно с управляющим сигналом.
В преобразовании в параметры параметризации проводимости звука критическое отношение давления обработано как функция управляющего сигнала, в то время как дозвуковой индекс обработан как константа.
Баланс массы
Объем жидкости в резистивном элементе, и поэтому масса того же самого, приняты, чтобы очень быть малыми, и это, для моделирования целей, проигнорированных. 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:
где задан как массовый расход 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 характера — внезапных изменений сечения, искривлений линии потока — только их совокупный эффект рассматривается во время моделирования. Именно этот совокупный эффект проводимость звука в параметризации отверстия по умолчанию получает в модели. Если различная параметризация выбрана, коэффициенты, на которых она базируется, преобразованы в параметры параметризации по умолчанию; вычисление массового расхода жидкости затем выполняется как описано в Параметризации Проводимости звука.
Параметризация проводимости звука
В дросселируемом потоке массовый расход жидкости через резистивный элемент вычисляется как:
где:
C является проводимостью звука в резистивном элементе.
ρ является плотностью газа, здесь при стандартных условиях (индекс 0
, 1.185 kg/m^3
).
p является абсолютным давлением газа, здесь соответствуя входу (индекс in
).
T является температурой газа во входе (индекс in
) или при стандартных условиях (0
, 293.15 K
).
В дозвуковом и турбулентном течении вычисление массового расхода жидкости становится:
где:
p r является отношением между нисходящим давлением (p) и восходящим давлением (p в) (каждый измерился против абсолютного нуля):
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 вычисление массового расхода жидкости превращается на:
где бегство b является критическим отношением давления, при котором происходит смена ламинарного на турбулентный режим течения. Объединение вычислений для этих трех режимов течения в кусочно-линейную функцию дает через все отношения давления:
Преобразования в проводимость звука
Если параметризация отверстия установлена в Cv coefficient (USCS)
, параметры вычисления массового расхода жидкости устанавливаются можно следующим образом:
Если Kv coefficient (SI)
параметризация используется:
Для Restriction area
параметризация:
Sonic conductance: C = 0.128 * 4 S R/π L / (s*bar), где S является площадью потока в резистивном элементе (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 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 А и B. По принципу сохранения энергии сумма энергетических потоков в портах должна затем всегда равняться нулю:
где ϕ задан как энергетическая скорость потока жидкости в клапан через один из портов (A или B).
Порты
Входной параметр
развернуть все
L
— Открытие отверстия, unitless
физический сигнал
Управляющий сигнал, посредством которого можно задать открытие (при некоторых клапанах, сопоставленных с диапазоном или процентом лифта) отверстия. Отверстие полностью закрывается в значении 0
и полностью открытый в значении 1
.
Сохранение
развернуть все
A
— Проход потока
газ
Открытие, посредством которого поток может ввести или выйти из сопротивления потока. Какой из портов служит входом и который как выход зависит от направления потока.
B
— Проход потока
газ
Открытие, посредством которого поток может ввести или выйти из сопротивления потока. Какой из портов служит входом и который как выход зависит от направления потока.
Параметры
развернуть все
Orifice parameterization
— Параметризация, которой можно задать характеристики потока отверстия
Sonic conductance
(значение по умолчанию) | Cv coefficient (USCS)
Kv coefficient (S)
Restriction area
Выбор метода ISO использовать в вычислении массового расхода жидкости. Все вычисления основаны на Sonic conductance
параметризация. Если различная параметризация выбрана, коэффициенты, которые характеризуют ее, преобразованы в проводимость звука, критическое отношение давления и дозвуковой индекс.
Opening parameterization
— Метод преобразования от управляющего сигнала до меры пропускной способности
Linear
(значение по умолчанию) | Tabulated data
Метод, которым можно преобразовать управляющий сигнал, заданный в порте L к выбранной мере пропускной способности (проводимость звука, или коэффициентов потока или области ограничения). См. описание блока для большего количества детали о вводной параметризации.
Sonic conductance at maximum flow
— Проводимость звука, соответствующая максимально открытому компоненту
1.6 L/s/bar
(значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в модулях объема / (time*pressure)
Значение проводимости звука, когда управляющим сигналом, заданным в порте L, является 1
. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, затем в максимуме. В процессе моделирования проводимость звука в промежуточных управляющих сигналах (оцененные между 0
и 1
) установлен линейной интерполяцией между этим значением и тем из параметра Sonic conductance at leakage flow.
Sonic conductance at leakage flow
— Проводимость звука, соответствующая максимально закрытому компоненту
1e-5 L/s/bar
(значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в модулях объема / (time*pressure)
Значение проводимости звука, 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 в процессе моделирования. Его точное значение менее важно, чем то, что это было очень небольшим числом, больше, чем нуль.
В процессе моделирования проводимость звука в промежуточных управляющих сигналах (оцененные между 0
и 1
) установлен линейной интерполяцией между этим значением и тем из параметра Sonic conductance at maximum flow.
Critical pressure ratio
— Отношение нисходящих и восходящих давлений, при которых поток сначала дросселирует
0.3
(значение по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр
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.
Opening fraction vector
— Значения управляющего сигнала, в которых можно задать сведенные в таблицу данные о параметре
0 : 0.2 1
(значение по умолчанию) | вектор положительных безразмерных чисел
Вектор значений управляющего сигнала, в которых можно задать выбранную меру пропускной способности (проводимость звука, 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).
Sonic conductance vector
— Звуковые проводимости, соответствующие значениям во вводном дробном векторе
[1e-05, .32, .64, .96, 1.28, 1.6] L/s/bar
(значение по умолчанию) | вектор положительных чисел в модулях объема / (time*pressure)
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.
Critical pressure ratio vector
— Критические отношения давления, соответствующие значениям во вводном дробном векторе
[0.3, 0.3, 0.3, 0.3, 0.3, 0.3]
(значение по умолчанию) | вектор положительных безразмерных чисел
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.
Subsonic index
— Экспонента, используемая, чтобы более точно охарактеризовать массовый поток в дозвуковом режиме течения
0.5
(значение по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр
Экспонента, используемая, чтобы более точно вычислить массовый расход жидкости в дозвуковом режиме течения как описано в ISO 6358. Этот параметр обработан как постоянный независимый политик вводной части, заданной управляющим сигналом в порте L.
Cv coefficient (USCS) at maximum flow
— Коэффициент Cv, соответствующий максимально открытому компоненту
0.4
(значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в модулях ft^3/min
Значение C v коэффициент потока, когда управляющим сигналом, заданным в порте L, является 1
. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, затем в максимуме. В процессе моделирования 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.
Cv coefficient (USCS) at leakage flow
— Коэффициент Cv, соответствующий максимально закрытому компоненту
1e-6
(значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в модулях ft^3/min
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 в процессе моделирования. Его точное значение менее важно, чем то, что это было очень небольшим числом, больше, чем нуль.
В процессе моделирования 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.
Cv coefficient (USCS) vector
— Коэффициенты Cv, соответствующие значениям во вводном дробном векторе
[1e-06, .08, .16, .24, .32, .4]
(значение по умолчанию) | вектор положительных чисел в модулях ft^3/min
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.
Kv coefficient (SI) at maximum flow
— Коэффициент Kv, соответствующий максимально открытому компоненту
0.3
(значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в модулях L/min
Значение K v коэффициент потока, когда управляющим сигналом, заданным в порте L, является 1
. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, затем в максимуме. В процессе моделирования 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.
Kv coefficient (SI) at leakage flow
— Коэффициент Kv, соответствующий максимально закрытому компоненту
1e-6
(значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в модулях L/min
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 незначительной утечкой, остающейся между портами. Основная цель этого параметра должна гарантировать числовую робастность модели в процессе моделирования. Его точное значение менее важно, чем то, что это было очень небольшим числом, больше, чем нуль.
В процессе моделирования 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.
Kv coefficient (USCS) vector
— Коэффициенты Kv, соответствующие значениям во вводном дробном векторе
1e-06, .06, .12, .18, .24, .3]
(значение по умолчанию) | вектор положительных чисел в модулях L/min
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.
Kv coefficient (SI)
— Коэффициент потока выражается в единицах СИ
0.3
(значение по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр
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.
Restriction area at maximum flow
— Площадь потока, соответствующая максимально открытому компоненту
1e-5 m^2
(значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади
Значение площади потока при самой короткой апертуре, когда управляющим сигналом, заданным в порте L, является 1
. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, затем в максимуме. В процессе моделирования площадь потока в промежуточных управляющих сигналах (оцененные между 0
и 1
) установлен линейной интерполяцией между этим значением и тем из параметра Restriction area at leakage flow.
Restriction area at leakage flow
— Площадь потока, соответствующая максимально закрытому компоненту
1e-10 m^2
(значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади
Значение площади 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 в процессе моделирования. Его точное значение менее важно, чем то, что это было очень небольшим числом, больше, чем нуль.
В процессе моделирования площадь потока в промежуточных управляющих сигналах (оцененные между 0
и 1
) установлен линейной интерполяцией между этим значением и тем из параметра Restriction area at maximum flow.
Restriction area vector
— Площади потока, соответствующие значениям во вводном дробном векторе
[1e-10, 2e-06, 4e-06, 6e-06, 8e-06, 1e-05] m^2
(значение по умолчанию) | вектор положительных чисел в единицах площади
Вектор площадей потока, как измерено при самой короткой апертуре, с каждой площадью потока, соответствующей значению в параметре Opening fraction vector. Площади потока должны увеличиться монотонно слева направо с большими вводными частями, обычно переводящими в большие площади потока. Размер вектора должен совпасть с размером Opening fraction vector.
Cross-sectional area at ports A and B
— Площадь потока в газовых портах
0.01 m^2
(значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади
Площадь, перпендикулярная линии потока в каждом порте. Порты приняты, чтобы быть равными в размере. Площадь потока, заданная здесь, должна совпадать с теми из входов тех компонентов, с которыми соединяется резистивный элемент.
Laminar flow pressure ratio
— Отношение давления, в который переходы потока между ламинарными и турбулентными режимами
0.999
(значение по умолчанию) | положительный безразмерный скаляр
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 лежат в диапазоне от 0.995
к 0.999
.
Reference temperature
— Температура устанавливается в измерении проводимости звука
293.15 K
(значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах температуры
Абсолютная температура, установленная в измерении проводимости звука, как задано в ISO 8778.
Reference density
— Плотность устанавливается в измерении проводимости звука
1.185 kg/m^3
(значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах массы/объема
Массовая плотность при стандартных условиях, установленных в измерении проводимости звука, 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™.
Введенный в R2018a