Клапан для предотвращения потока, направленного против намеченного направления
Simscape/Жидкости/Термическая жидкость/Клапаны и диафрагмы/Направленные регулирующие клапаны
Блок обратного клапана (TL) моделирует характеристики открытия пропорционального клапана, который принудительно закрывается, когда разность давлений между его отверстиями изменяется на противоположную (или, точнее, падает ниже порога, известного как давление крекинга). Обратные клапаны обычно используются в устройствах предотвращения обратного потока, например, в сетях общественного водоснабжения, где загрязненная вода после водопровода не должна возвращаться вверх по потоку. В блоке не предполагается никакого специального запорного механизма клапана - шарового, дискового, диафрагменного или другого. Допустимое направление потока всегда от порта A к порту B.
Y-образный обратный клапан с частично отведенным элементом управления поршневого типа
Клапан открывается, когда перепад давления на нем поднимается выше давления растрескивания, указанного в блоке. Площадь отверстия линейно увеличивается с давлением, за исключением двух небольших интервалов давления вблизи полностью открытого и полностью закрытого положений (в которых применяется нелинейное сглаживание для удаления численных разрывов). Когда перепад давления достигает максимального значения, указанного в блоке, клапан полностью открыт и его площадь открытия больше не увеличивается с давлением. Скорость потока через клапан никогда по-настоящему не равна нулю, поскольку остается небольшая площадь утечки, когда давление падает ниже давления крекинга.
Площадь (сглаженного) открытия клапана сначала вычисляется как линейная функция давления либо на входе клапана (порт А), либо падения между теми, что на входе и на выходе (порт В). Какое из этих давлений, называемых контрольными давлениями, в расчетах площади зависит от установки параметра блока «Спецификация давления»:
Метод перепада давления,
где p - давление; нижний индекс Control указывает значение, используемое при определении площади открытия клапана. Нижние индексы A и B обозначают отверстия для термической жидкости, при которых получают давление. Давление в окнах всегда определяется как абсолютное давление. Давление растрескивания, при котором площадь вскрытия минимальна, определяется аналогичным образом:
метод перепада давления,
где нижний индекс Crack указывает только что открытый клапан, нижний индекс G значение датчика и нижний индекс Atm стандартное атмосферное значение. Значение pCrack, G получается из параметра «Давление (манометр) крекинга»; значение ΔрТрещина получено из параметра перепада давления крекинга. Максимальное давление, при котором площадь отверстия является наибольшей, составляет:
Метод перепада давления,
где нижний индекс Max обозначает максимальное давление (полученное как манометрическое). Значение pMax, G получается из параметра Максимальное давление открытия (манометр) блока; значение ΔpMax получается из параметра Максимальный перепад давления открытия. Регулирование, растрескивание и максимальное давление дают линейную форму площади открытия клапана:
) + SCrack,
где S обозначает (линейную) площадь проема. Площадь вскрытия при растрескивании равна малому значению, указанному в параметре блока «Площадь утечки». Основной целью этого параметра является обеспечение численной надежности модели путем обеспечения того, чтобы ни одна часть тепловой жидкостной сети не была полностью изолирована во время моделирования.
Площадь открытия клапана как линейная функция давления
Основная цель зоны утечки закрытого клапана состоит в том, чтобы гарантировать, что часть гидравлической сети никогда не будет изолирована от остальной части модели. Такие изолированные части снижают численную надежность модели и могут замедлить моделирование или вызвать его сбой. Утечка обычно присутствует в мизерных количествах в реальных клапанах, но в модели ее точное значение менее важно, чем небольшое число, большее нуля. Область утечки получается из одноименного параметра блока.
Чтобы обеспечить адекватные характеристики моделирования, площадь открытия клапана сглаживается в течение двух небольших интервалов давления вблизи заданного крекинга и максимального давления. Сглаживание осуществляется с помощью полиномиальных выражений (которые должны быть включены в конечную форму выражения открытой области):
2γMax3,
где ƛ - коэффициент сглаживания, применяемый при растрескивании (нижний индекс Crack) и максимум (нижний индекс Max) части выражения площади поверхности. Коэффициент сглаживания рассчитывают по нормированным перепадам давлений γ:
ΔpSmooth,
где ΔpSmooth - область сглаживания давления:
pCrack2.
Параметр fSmooth является значением между 0 и 1 получено из параметра блока «Коэффициент сглаживания». Окончательная, сглаженная, площадь открытия клапана задается условным выражением:
pControl≥pMax.
Предполагается, что объем жидкости внутри клапана и, следовательно, его масса очень малы, и для целей моделирования они игнорируются. В результате там не может накапливаться никакого количества жидкости. Таким образом, в соответствии с принципом сохранения массы массовый расход в клапан через одно отверстие должен быть равен расходу из клапана через другое отверстие:
где определяется как массовый расход в клапан через одно из отверстий (A или B).
Причины тех потерь давления, которые возникают в проходах клапана, игнорируются в блоке. Независимо от их природы - внезапные изменения площади, контуры проходов - во время моделирования учитывается только их совокупный эффект. Этот эффект фиксируется в блоке коэффициентом нагнетания, мерой массового расхода через клапан относительно теоретического значения, которое он имел бы в идеальном клапане. Выражение баланса импульса в клапане в терминах падения давления, вызванного в потоке:
]
где КД - коэффициент нагнетания, а δ p - коэффициент падения давления - мера степени, до которой восстановление давления на выходе способствует общему падению давления клапана. Нижний индексAvg обозначает среднее значение значений в отверстиях для термической жидкости. Критический массовый расход рассчитывается из критического числа Рейнольдса, при котором предполагается переход потока в отверстии от ламинарного к турбулентному:
где λ обозначает динамическую вязкость. Коэффициент перепада давления рассчитывается как:
) + CDSSmootSLin.
Клапан моделируется как адиабатический компонент. Теплообмен между текучей средой и стенкой клапана невозможен. При прохождении через клапан никакой работы по текучей среде не выполняется. При этих допущениях энергия может входить в клапан и выходить из него только путем продвижения через порты A и B. По принципу сохранения энергии тогда сумма потоков энергии через порты всегда должна равняться нулю:
= 0,
, где λ определяется как расход энергии в клапан через один из портов (A или B).
2-Way Направленный клапан (TL) | 3-Way Направленный клапан (TL) | 4-Way Направленный клапан (TL) | Диафрагма переменной площади (TL)