Локальное ограничение потока с переменной площадью поперечного сечения
Simscape / Жидкости / Тепловая Жидкость / Valves & Orifices
Блок Variable Area Orifice (TL) моделирует поток через локальное ограничение с переменной площадью открытия. Отверстие содержит поршень управления — такой как мяч, золотник или диафрагма — который определяет ее смещением мгновенную площадь открытия. Элементы, такие как это являются характеристическими для клапанов и в библиотеке Thermal Liquid, основе, на которой базируются все блоки распределительного клапана. Смотрите, например, блок 2-Way Directional Valve (TL). Используйте этот блок, чтобы создать собственный компонент с отверстиями переменного сечения, если такой не обеспечивается в библиотеке Thermal Liquid.
Отверстие состоит из сокращения, сопровождаемого внезапным расширением в площади потока. Сокращение заставляет скорость потока жидкости повышаться и давление на отбрасывание. Расширение позволяет давлению восстанавливаться, хотя только частично: мимо vena contracta, где поток в ее самом узком, поток обычно отделяется от стенки, заставляя его потерять некоторую энергию. Степень восстановления давления зависит от коэффициента расхода отверстия и на отношении площадей постоянного отверстия и областей портов. Установите Pressure recovery на Off
проигнорировать этот эффект при необходимости.
Влияние, которое движение поршня управления оказывает на площадь открытия отверстия, зависит от установки параметров блоков Opening orientation. В настройке по умолчанию Positive
, отверстие (если в его вводной области значений) открывается, когда поршень управления перемещается в положительное направление. В альтернативной установке Negative
, отверстие открывается движением в обратном направлении.
Отверстие с плавкой регулировкой. Это переключает гладко между положениями, из которых это имеет два. Один — нормальное положение — то, что, к которому возвращается отверстие, когда его управляющий сигнал падает на нуль. Если смещение поршня управления не было задано, A –B отверстие всегда полностью закрывается в этом положении. Другой — рабочее положение — то, что, в который перемещается отверстие, когда его управляющий сигнал повышается до максимума. Отверстие обычно полностью открыто в этом положении. Обратите внимание на то, что, ли отверстие на самом деле открыто и насколько открытый это, оба зависят от значения смещения поршня управления.
То, которые располагают отверстие, находится в, зависит от координаты поршня управления — длина, которая, при клапане блоки на основе этой модели отверстия, часто упоминается как открытие отверстия. Эта переменная вычисляется в процессе моделирования от смещения поршня управления, заданного через параметры блоков того же имени, и от перемещения органа управления, переменная, полученная из физического сигнала, заданного в порте S:
где:
h является A –B открытие отверстия.
h 0 является A –B перемещение открытия.
δ является ориентацией отверстия, +1
если Positive
, -1 если
Negative
.
x является перемещением органа управления.
Перемещение органа управления нуля соответствует клапану, который находится в его нормальном положении. Отверстие начинает открываться, когда открытие отверстия (h) повышается выше нуля, и это продолжает открываться, пока открытие отверстия не в максимальном значении. Этот максимум получен из параметров блоков Maximum control displacement, в линейной параметризации отверстия, или от заданных векторов данных, в сведенной в таблицу параметризации отверстия.
Отверстие по умолчанию сконфигурировано так, чтобы оно было полностью закрыто, когда перемещение органа управления является нулем. Такое отверстие, когда это представляет клапан, часто описывается как полируемый нулем. Это возможно, путем применения смещения к поршню управления, чтобы смоделировать отверстие, которое является underlapped — то есть, частично откройтесь когда в нормальном положении. Отверстие может также быть перекрыто — полностью закрытый в области значений перемещений органа управления, расширяющих мимо нормальной закрытой позиции.
Фигура изображает в виде графика открытие отверстия — h(x) — в случаях полированных нулем (I), underlapped (II), и перекрылась (III) отверстия. Перемещение открытия — h s0 — является нулем в первом случае, больше, чем нуль во втором, и меньший, чем нуль в третьем. Поршень управления должен переместить вправо его нормального положения (в положительном направлении вдоль x - ось) для перекрывающегося отверстия, чтобы взломать; это должно переместиться оставленный его нормального положения для приоткрытого отверстия закрыться трудный.
Открытие отверстия служит в процессе моделирования, чтобы вычислить массовый расход жидкости через отверстие. Вычисление может быть прямым отображением от открытия до скорости потока жидкости или косвенного преобразования, сначала от открытия до площади постоянного отверстия и затем от площади постоянного отверстия до массового расхода жидкости. Вычисление и данные, требуемые для него, зависят от установки параметров блоков Valve parameterization:
Linear area-opening relationship
— Вычислите площадь открытия клапана от перемещения органа управления, и от него получают массовый расход жидкости через клапан. Площадь открытия принимается линейно зависимой с перемещением органа управления. Наклон линейной зависимости определяется из параметров блоков Maximum opening area и Maximum valve opening:
где S, Лин является линейной формой площади открытия, S Max, является значением параметров блоков Maximum orifice area, h, Max является значением параметров блоков Maximum control displacement. Это выражение переформулировано как кусочное условное выражение, чтобы насыщать площадь открытия в маленьком значении утечки и гарантировать, что переходы к нормальным и рабочим положениям являются гладкими.
Tabulated data - Area vs. opening
— Вычислите площадь открытия клапана от перемещения органа управления, и от него получают массовый расход жидкости через клапан. Площадь открытия может варьироваться нелинейно с перемещением органа управления. Отношение между этими двумя дано табличными данными в параметрах блоков Opening area vector и Valve opening vector:
где Вкладка S является табличной формой площади открытия, функцией открытия отверстия, h.
Tabulated data - Mass flow rate vs. opening and pressure drop
— Вычислите массовый расход жидкости непосредственно от перемещения органа управления и перепада давления на клапане. Отношение между этими тремя переменными может быть нелинейным, и оно дано табличными данными в Valve opening vector, Pressure drop vector и параметрах блоков Mass flow rate table:
где табличная форма массового расхода жидкости, функция открытия отверстия, h, и перепада давления через отверстие, Δp. Массовый расход жидкости настроен для температуры и давления отношением ρ Ref/ρAvg, где ρ является плотностью жидкости при некоторой ссылочной температуре и давлении (индекс Ref
) или в средних значениях тех переменных в отверстии.
Чтобы гарантировать соответствующую эффективность симуляции, область открытия отверстия сглаживается более чем две небольших области открытия отверстия, одна близость полностью закрытое состояние, другая близость полностью открытое состояние. Сглаживание выполняется посредством многочленных выражений (чтобы быть включенным в конечную форму выражения площади открытия):
где ƛ является коэффициентом сглаживания, примененным в минимуме (индекс Min
) и максимум (индекс Max
) фрагменты выражения площади открытия. Коэффициенты сглаживания вычисляются как:
где Min h является минимальным открытием отверстия, и Сглаженный Δh является областью значений открытий отверстия, по которым можно сглаживать линейную форму площади открытия. Значение Min S вычисляется как:
где Утечка S является значением параметров блоков Leakage area. Значение Сглаженного S вычисляется как:
где Сглаженный f является значением параметров блоков Smoothing factor — часть между 0
и 1
, с 0
указание на нулевое сглаживание и 1
максимальное сглаживание. Финал, сглаживавший, область открытия отверстия дана кусочным выражением:
Сглаживание площади постоянного отверстия
Основная цель уровня утечек закрытого отверстия не должна убеждаться ни в какое время, фрагмент тепловой жидкой сети становится изолированным от остатка от модели. Такие изолированные фрагменты уменьшают числовую робастность модели и могут замедлить симуляцию или заставить его перестать работать. Утечка обычно присутствует в действительных отверстиях, но в модели ее точное значение менее важно, чем то, что это было небольшим числом, больше, чем нуль. Уровень утечек определяется из параметров блоков Leakage area.
Объем жидкости в отверстии, 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. Принципом сохранения массы массовый расход жидкости в отверстие через один порт должен поэтому равняться этому из отверстия через другой порт:
где задан как массовый расход жидкости в отверстие через порт, обозначенный индексом (A или B).
Причины падения давления, понесенного в отверстии, 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 расхода, мерой массового расхода жидкости через отверстие относительно теоретического значения, которое это имело бы в идеальном отверстии. Выражение баланса импульса в отверстии в терминах перепада давления вызвало в потоке:
где C D является коэффициентом расхода, и ξ p является отношением перепада давления — мера эффекта, впечатленного восстановлением давления, которое в действительных отверстиях находится между vena contracta (точка, в которой поток в его самом узком), и выход, принятый, чтобы быть маленьким расстоянием далеко. Индекс Avg
обозначает средние значения в тепловых гидравлических портах. Критический массовый расход жидкости вычисляется из критического числа Рейнольдса — в котором поток в отверстии принят к переходу от ламинарного к турбулентному:
где μ обозначает динамическую вязкость. Значение отношения давления зависит от установки параметров блоков Pressure recovery. В настройке по умолчанию Off
:
Если On
выбран вместо этого:
Отверстие 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 всегда равняться нулю:
где ϕ задан как энергетическая скорость потока жидкости в отверстие через один из портов (A или B).
[1] Измерение потока жидкости посредством устройств перепада давления, вставленных в кабелепроводы круглого сечения, запускающиеся полный — Часть 2: Измерительные диафрагмы (5167–2:2003 ISO). 2003.
2-Way Directional Valve (TL) | 3-Way Directional Valve (TL) | 4-Way Directional Valve (TL) | Check Valve (TL)