Exponenta Banner
exponenta event banner

Шаровой клапан (G)

Клапан с продольно перемещающимся шариком в качестве управляющего элемента

развернуть все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape/Жидкости/Газ/Клапаны и диафрагмы/Клапаны регулирования расхода

  • Ball Valve (G) block

Описание

Блок шарового клапана (G) моделирует отверстие с поступательным шариком, который замедляет поток через клапан. В полностью закрытом положении шар опирается на перфорированное седло, полностью блокируя прохождение жидкости между отверстиями А и В. Зона между шариком и седлом является открытой зоной клапана.

Блок поддерживает дозвуковые потоки до критического давления клапана, когда происходит дросселирование и скорость после отверстия остается постоянной. Блок не поддерживает сверхзвуковой поток.

Механика шариков

Блок моделирует смещение шарика, но не динамику открытия или закрытия клапана. Сигнал в канале L обеспечивает нормализованное положение клапана. Общее положение шарика представляет собой сумму переменного смещения, полученного в канале L, L, и его начального смещения управления подъемом клапана, L0: h (L) = L + h0. Следует отметить, что h и L0 являются нормализованными расстояниями между 0 и 1, что указывает на полностью закрытый клапан и полностью открытый клапан соответственно.

Числовое сглаживание

Численное сглаживание может быть применено для смягчения разрывов в моделировании, когда клапан находится в почти открытом или почти закрытом положении. Полином 3-го порядка аппроксимирует положение шара в этих областях, как показано на двух рисунках ниже:

Смоделированное положение клапана без сглаживания

Смоделированное положение клапана с сглаживанием

Зона открытия

Площадь открытия клапана зависит от геометрии седла клапана, которая может быть Sharp-edged или Conical. Область утечки определяется для небольших контактных зазоров между шариком и седлом в полностью закрытом положении. Этот параметр также поддерживает непрерывность в потоке для производительности решателя.

Типы седел шаровых клапанов

Открытая зона для остроконечного сиденья:

S = 2πROOC [1 − (RBOC) 2] + SLeak,

где:

  • R0 - радиус диафрагмы.

  • d - расстояние между центром отверстия и кромкой отверстия.

  • RB - радиус шарика.

  • ALeak - зона утечки.

Площадь отверстия конического сиденья составляет:

S=2πRBhρsin (θ) + πh2ρ2sin (θ) грех (θ2) +SLeak,

где:

  • hmax - максимальное расстояние шара от седла клапана.

  • h - положение мяча.

  • δ - угол конуса.

Параметры клапана

Существует четыре варианта параметризации клапана для расчета массового расхода клапана:

  • Звуковая проводимость

  • Коэффициент расхода Cv

  • Коэффициент расхода Kv

  • Вычисление по геометрии

Звуковая проводимость

Массовый расход зависит от площади открытия и акустической проводимости клапана. Звуковая проводимость - свойство жиклера, характеризующее переход потока между дозвуковым и сверхзвуковым режимами. Если параметризация клапана имеет значение Sonic conductance, звуковая проводимость рассматривается как линейно пропорциональная площади отверстия:

C (S) = SSMaxCMax,

где

  • C - звуковая проводимость.

  • CMax - проводимость Соника при максимальном расходе. Для шаровых клапанов в физической системе это значение обычно указывается в спецификациях изготовителя.

  • SMax - максимальная площадь открытия клапана, рассчитанная по диаметру диафрагмы и площади утечки.

Коэффициенты расхода

Если звуковая проводимость неизвестна, массовый расход может быть рассчитан из:

  • Коэффициент расхода, Cv. Этот коэффициент определяется для единиц измерения имперской системы.

    Звуковая проводимость вычисляется по коэффициенту Cv (USCS) при максимальном параметре потока как:

    C = (4 × 10 − 8Cv) м3/( с Па),

  • Коэффициент расхода, Кв. Этот коэффициент определяется для единиц СИ.

    Звуковая проводимость вычисляется из коэффициента Kv (SI) при максимальном параметре потока как:

    C = (4,758 × 10 − 8Kv) м3/( с Па),

Вычислить по геометрии

В этой параметризации акустическая проводимость рассчитывается из геометрии открытия клапана на основе рецептур для области A в области открытия, описанной выше. Звуковая проводимость рассчитывается по геометрии следующим образом:

C = 0,512Aá.

Массовый расход

Непрерывность

Текучая масса, протекающая через клапан, сохраняется:

m˙A+m˙B=0.

Подавленный поток

Когда поток подавляется, массовый расход зависит от акустической проводимости, C, и от давления и температуры на входе клапана:

m˙ch=Cρ0pinT0Tin,

где:

  • α0 - эталонная плотность газа.

  • штифт - давление на входе.

  • T0 - эталонная температура газа.

  • Олово - температура на входе.

Дозвуковой турбулентный поток

Когда поток находится в турбулентном дозвуковом режиме, массовый расход составляет:

m˙tur=Cρ0pinT0Tin[1− (pr − bcr1 − bcr) 2] м,

где:

  • pr - отношение между давлением на входе и давлением на выходе: Pr = выходное давление.

  • bcr - отношение критического давления для подавленного потока. Если параметризация клапана установлена в Cv coefficient (USCS) или Kv coefficient (SI), bcr - 0,3.

  • m - дозвуковой индекс, эмпирическая константа, характеризующая дозвуковые потоки. Если параметризация клапана установлена в Cv coefficient (USCS) или Kv coefficient (SI), m равно 0,5.

Дозвуковой ламинарный поток

Когда поток находится в ламинарном дозвуковом режиме, массовый расход составляет:

m˙lam=Cρ0pin[1−pr1−blam]T0Tin[1− (blam − bcr1 − bcr) 2] м

где blam, отношение ламинарных давлений представляет собой отношение давлений, связанное с переходом потока из ламинарного режима в турбулентный.

Энергетический баланс

Клапан адиабатический:

/ A +/B = 0,

где start- скорость потока энергии. Условное обозначение является положительным для потоков энергии в клапан.

Порты

Сохранение

развернуть все

Точка входа или выхода на клапан.

Точка входа или выхода на клапан.

Вход

развернуть все

Нормализованное смещение шара. Положение шарика, которое не включает в себя никакого начального смещения клапана, нормализуется максимальным расстоянием открытия. Значение 0 означает полностью закрытый клапан, а значение 1 означает полностью открытый клапан.

Параметры

развернуть все

Геометрия сиденья шара. Этот параметр определяет площадь открытия клапана.

Угол, образованный наклоном конического седла относительно его осевой линии.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для спецификации седла клапана значение Conical.

Диаметр шарового элемента управления.

Диаметр постоянного отверстия клапана. Для конической геометрии - диаметр корня сиденья.

Начальное расстояние между шариком и сиденьем. Мгновенное положение шарика вычисляется во время моделирования как сумма этого смещения и управляющего сигнала, заданного в порту L. Клапан частично открыт в нормальном положении, когда смещение является дробью между 0 и 1.

Параметризация открытия клапана. Массовый расход через клапан рассчитывается с использованием акустической проводимости, представленной в Sonic conductance, или рассчитывается по геометрии клапана в Compute from geometry или коэффициенты расхода Cv в Cv coefficient (USCS), Кв в Kv coefficient (SI).

Характеристика клапана, зависящая от площади открытия и отношения давления на входе и выходе, при максимальном расходе через клапан. Звуковая проводимость определяется как отношение массового расхода через клапан к произведению давления и плотности перед входом клапана. Этот параметр часто упоминается в литературе как С-значение. Это значение, как правило, указывается изготовителями в листах технических данных.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию клапана в значение Sonic conductance.

Отношение давлений ниже по потоку к давлению выше по потоку, которое приводит к подавленному потоку в клапане. Этот параметр часто упоминается в литературе как b-значение.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию клапана в значение Sonic conductance.

Эмпирическое значение, характеризующее дозвуковые потоки. Этот параметр иногда называют m-индексом. Компоненты с фиксированными путями, такие как клапан, имеют дозвуковой индекс приблизительно 0.5.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию клапана в значение Sonic conductance.

Коэффициент расхода полностью открытого клапана, сформулированный для обычных единиц измерения США. Это значение, как правило, указывается изготовителями в листах технических данных.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию клапана в значение Cv coefficient (USCS).

Коэффициент расхода полностью открытого клапана, составленный для единиц СИ. Это значение, как правило, указывается изготовителями в листах технических данных.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию клапана в значение Kv coefficient (SI).

Сумма всех зазоров, когда клапан находится в полностью закрытом положении. Любая область, меньшая этого значения, насыщается указанной областью утечки. Это способствует цифровой стабильности за счет поддержания непрерывности потока.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию клапана в значение Opening area.

Область по нормали к тракту потока в окнах клапана. Предполагается, что порты имеют одинаковый размер.

Отношение давления ниже по потоку к давлению выше по потоку при переходе режима потока от ламинарного к турбулентному. Типичные значения варьируются от 0.995 кому 0.999.

Температура в стандартной эталонной атмосфере, определяемая в ISO 8778 как 293,15 К.

Плотность при стандартной эталонной атмосфере, определенная в ISO 8778 как 1,185 кг/м3.

Вносит слой постепенного изменения в реакцию потока, когда клапан находится в почти открытом или почти закрытом положении. Установите для этого значения ненулевое значение меньше единицы, чтобы повысить стабильность моделирования в этих режимах.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

.

См. также

|

Представлен в R2018b

Документация по жидкостям Simscape

Поддержка