exponenta event banner

Диафрагма (IL)

Диафрагма постоянной или переменной площади в изотермической системе

  • Библиотека:
  • Simscape/Жидкости/Изотермическая жидкость/Клапаны и диафрагмы/Диафрагмы

  • Orifice (IL) block

Описание

Блок диафрагмы (IL) моделирует поток через локальное ограничение с постоянной или переменной площадью открытия. Для регулируемых отверстий управляющий элемент, соединенный с портом S, устанавливает положение открытия. Открывающая область параметризуется либо линейно, либо с помощью таблицы поиска.

Отверстия, открывающиеся и закрывающиеся в зависимости от смещения центральной катушки, см. в разделе Отверстие катушки (IL).

Можно включить ошибочное поведение, установив для параметра Включить отказы значение On.

Импульс сохраняется через отверстие:

m˙A+m˙B=ρvAAA+ρvBAB=0.

Этот баланс импульса подразумевает, что происходит увеличение скорости при уменьшении площади и уменьшение скорости при сбросе потока в большую площадь. В соответствии с принципом Бернулли это изменение скорости приводит к области более низкого давления в отверстии и более высокого давления в зоне расширения. Результирующее повышение давления, которое называется восстановлением давления, зависит от коэффициента выпуска отверстия и отношения площади отверстия и площади отверстия.

Постоянные диафрагмы

Для постоянных отверстий площадь отверстия Aorifice не изменяется в ходе моделирования.

Использование Constant Параметризация области

Объемный расход рассчитывается по:

m˙=CdAorifice2ρ¯PRloss (1 (AorificeAport) 2) pA−pB≈CdAorifice2ρ¯PRloss (1 (AorifityAport) 2) pA pB [(pA pB) 2 + Δpcrit] 1/4,

где:

  • Cd - коэффициент разряда.

  • Aorifice - это мгновенная открытая область отверстия.

  • Aport - площадь поперечного сечения в портах A и B.

  • λ - средняя плотность текучей среды.

PRloss и Δpcrit рассчитываются одинаково для постоянных и переменных диафрагм и определяются в разделах потери давления и критического давления ниже.

Эта аппроксимация для блока и блока локального ограничения (IL) одинакова.

Использование Tabulated data - Volumetric flow rate vs. pressure drop Параметризация

Объемный расход определяется из табличных значений перепада давлений Δp, которые вы можете предоставить. Если предусмотрены только неотрицательные значения как для векторов объемного расхода, так и для векторов перепада давления, таблица будет экстраполирована, чтобы содержать отрицательные значения. Объемный расход интерполируется из этой расширенной таблицы.

Переменные диафрагмы

Для переменных отверстий установите для параметра Ориентация проема значение Positive control member displacement opens orifice открывает диафрагму, когда сигнал в S положительный, в то время как Negative control member displacement opens orifice ориентация открывает диафрагму, когда сигнал при S отрицательный. В обоих случаях сигнал является положительным, и отверстие отверстия задается величиной сигнала.

Использование Linear - Area vs. control member position Параметризация

Площадь Aorifice отверстия основана на положении управляющего элемента и соотношении площади отверстия и максимального положения управляющего элемента:

Aorifice = (Амакс Алеак) ΔS (S Смин)

где:

  • Smin - положение управляющего элемента, когда отверстие полностью закрыто.

  • ΔS - перемещение управляющего элемента между закрытым и открытым отверстием.

  • Amax - максимальная площадь диафрагмы.

  • Алеак - зона утечки.

  • start- ориентация «Проем».

Объемный расход определяется уравнением давление-расход:

m˙=CdAorifice2ρ¯PRloss (1 (AorificeA) 2) Δp [Δp2 + Δpcrit2] 1/4,

где A - площадь поперечного сечения в портах A и B.

Использование Tabulated data - Area vs. control member position Параметризация

При использовании Tabulated data - Area vs. control member position параметризация, площадь Aorifice отверстия интерполируется из табличных значений площади отверстия и положения элемента управления ΔS, которые вы можете предоставить. Как и в случае Linear - Area vs. control member position параметризация, объемный расход определяется уравнением давление-расход:

m˙=CdAorifice2ρ¯PRloss (1 (AorificeA) 2) Δp [Δp2 + Δpcrit2] 1/4,

где Aorifice:

  • Amax, последний элемент вектора площади диафрагмы, если проем больше максимального заданного проема.

  • Aleak, первый элемент вектора площади диафрагмы, если отверстие диафрагмы меньше минимального отверстия.

  • Aorifice, если вычисленная площадь находится между пределами вектора площади диафрагмы.

Aopen - это функция положения управляющего элемента, полученного в порту S. Блок запрашивает между точками данных с линейной интерполяцией и использует ближайшую экстраполяцию для точек за границами таблицы.

Использование Tabulated data - Volumetric flow rate vs. control member position and pressure drop Параметризация

Tabulated data - Volumetric flow rate vs. control member position and pressure drop Параметризация интерполирует объемный расход непосредственно из предоставленной пользователем таблицы объемного расхода, которая основана на положении управляющего элемента и падении давления над отверстием. Блок запрашивает точки данных с линейной интерполяцией и использует линейную экстраполяцию для точек за границами таблицы.

Эти данные могут включать отрицательные перепады давления и отрицательные значения открытия. Если в набор данных включен отрицательный перепад давления, объемный расход изменится в направлении. Однако расход останется неизменным для отрицательных значений открытия.

Численно сглаженная область клапана

Если линейно-параметризованное переменное отверстие находится в близком или близком к закрытому положении, можно сохранить численную устойчивость при моделировании, настроив коэффициент сглаживания блока. Функция сглаживания применяется ко всем вычисленным областям, но в первую очередь влияет на моделирование в крайних точках области клапана.

Нормированная площадь рассчитывается следующим образом:

A ^ = (Aorifice Алеак) (Amax Алеак).

Коэффициент сглаживания s применяется к нормализованной области:

A ^ сглаженный = 12 + 12A ^ 2 + (s4) 2 12 (A ^ − 1) 2 + (s4) 2.

Сглаженная площадь клапана:

Asmoothed = A ^ сглаженный (Amax Aleak) + Aleak.

Потеря давления

Потеря давления описывает снижение давления в клапане из-за уменьшения площади. Термин потери давления, PRloss рассчитывается как:

PRloss = 1 (AorificeAport) 2 (1 Cd2) CdAorificeAport1 (AorificeAport) 2 (1 Cd2) + CdAorificeAport.

Восстановление давления описывает положительное изменение давления в клапане из-за увеличения площади. Если вы не хотите фиксировать это увеличение давления, установите для параметра Восстановление давления значение Off. В этом случае PRloss равен 1.

Критическое давление

Критическая разность давлений Δpcrit - это разность давлений, связанная с критическим числом Рейнольдса, Recrit, которое является точкой перехода между ламинарным и турбулентным потоком в жидкости:

Δpcrit =πρ¯8Aorifice (νRecritCd) 2.

Неисправное поведение

Если для параметра Тип диафрагмы установлено значение Variable и неисправности включены, открытая область отверстия застревает на заданном значении в ответ на один или оба из этих триггеров:

  • Время моделирования - сбой происходит в указанное время.

  • Поведение моделирования - сбой происходит в ответ на внешний триггер. При этом открывается порт T.

В области Открытие (Opening) при сбое параметра доступны три опции отказа:

  • Closed - Площадь диафрагмы захватывается в области утечки, которая является областью утечки в линейной параметризации, первым элементом вектора площади диафрагмы в параметризации 1D или первой строкой таблицы Объемный расход в параметризации 2D.

  • Open - Площадь отверстия находится в максимальной площади отверстия, которая является максимальной площадью отверстия в линейной параметризации, последним элементом вектора площади отверстия в параметризации 1D или последней строкой таблицы Объемный расход в параметризации 2D.

  • Maintain at last value - При срабатывании триггера отверстие захватывается на открытой площадке.

После запуска диафрагма остается в поврежденной области для остальной части моделирования.

В Simulink Diagnostic Viewer с параметром Reporting when fault (Отчеты о возникновении отказа) можно настроить блок для выдачи отчета о неисправности в виде предупреждения или сообщения об ошибке.

Порты

Сохранение

развернуть все

Точка входа или выхода жидкости в отверстие.

Точка входа или выхода жидкости в отверстие.

Вход

развернуть все

Перемещение регулирующего элемента, задающее отверстие отверстия.

Физический сигнальный порт для внешнего триггера отказа. Срабатывание происходит, когда значение больше 0,5. Нет единиц, связанных со значением триггера.

Зависимости

Этот порт отображается, если для параметра Enable faults установлено значение On и Enable external fault trigger имеет значение On.

Параметры

развернуть все

Параметры

Тип отверстия, определяемый площадью отверстия. Если установлено значение Variableплощадь диафрагмы изменяется в соответствии с входным сигналом, принятым в порту S.

СПОСОБ РАСЧЕТА ПЛОЩАДИ ДИАФРАГМЫ ПО МОДЕЛИРОВАНИЮ. Если для параметра Тип диафрагмы установлено значение Constantсуществует две опции параметризации.

  • Orifice area (по умолчанию). Назначенная область не изменяется в процессе моделирования.

  • Tabulated data - Volumetric flow rate vs. pressure drop. Площадь остается постоянной, но объемный расход через отверстие может изменяться. Это значение интерполируется непосредственно из вектора объемного расхода и набора данных вектора падения давления.

Если для типа диафрагмы установлено значение Variableсуществует три варианта параметризации.

  • Linear - Area vs. control member position. Площадь определяется линейной зависимостью от положения управляющего элемента относительно полностью открытого или полностью закрытого отверстия. Положение устанавливается изменяющимся физическим сигналом на порте S.

  • Tabulated data - Area vs. control member position. Площадь отверстия интерполируется из вектора положения элемента управления и вектора площади отверстия на основе положения элемента управления, принятого в порту S.

  • Tabulated data - Volumetric flow rate vs. control member position and pressure drop. Объемный расход непосредственно интерполируется из предоставленного пользователем вектора положения элемента управления, s, вектора падения давления, dp и таблицы объемного расхода, q (s, dp) параметров на основе положения элемента управления, принятого в порту S, и перепада давления через порты A и B.

Площадь поперечного сечения отверстия отверстия.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип диафрагмы значение Constant и параметризация диафрагмы Orifice area.

Вектор значений перепада давлений для табличной параметризации объемного расхода. Значения в этом векторе соответствуют значениям в параметре Вектор объемного расхода. Значения вектора падения давления перечислены в порядке возрастания. Объемный расход интерполируется непосредственно из вектора объемного расхода, который зависит от параметра вектора падения давления.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип диафрагмы значение Constant и параметризация диафрагмы Tabulated data - Volumetric flow rate vs. pressure drop.

Вектор значений объемного расхода для табличной параметризации объемного расхода. Значения в этом векторе соответствуют значениям в векторе перепада давления. Объемный расход интерполируется непосредственно из предоставленного вектора объемного расхода, который зависит от параметра вектора падения давления.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип диафрагмы значение Constant и параметризация диафрагмы Tabulated data - Volumetric flow rate vs. pressure drop.

Начальный элемент управления смещен, когда регулируемое отверстие полностью закрыто.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип диафрагмы значение Variable.

Максимальное расстояние, на которое элемент управления перемещается между закрытым и открытым отверстием. Отверстие полностью открыто на сумму положения элемента управления при закрытом отверстии и перемещения элемента управления между закрытым и открытым отверстием,

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип диафрагмы значение Variable и параметризация диафрагмы Linear - Area vs. control member position.

Максимальная площадь диафрагмы при моделировании. При использовании Tabulated data - Area vs. control member positionмаксимальная площадь отверстия является последним элементом вектора площади отверстия.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип диафрагмы значение Variable и параметризация диафрагмы Linear - Area vs. control member position.

Сумма всех зазоров, когда клапан находится в полностью закрытом положении. Любая область, меньшая этого значения, поддерживается в указанной области утечки. Этот параметр способствует цифровой стабильности, поддерживая непрерывность потока.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип диафрагмы значение Variable и параметризация диафрагмы Linear - Area vs. control member position.

.

Вектор положений элемента управления для табличной параметризации площади диафрагмы. Векторные элементы соответствуют значениям вектора площади диафрагмы. Векторные элементы перечислены в порядке возрастания, а первый элемент должен быть равен 0. Площадь отверстия отверстия интерполируется из вектора площади отверстия, который зависит от параметра вектора положения элемента управления.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип диафрагмы значение Variable и параметризация диафрагмы Tabulated data - Area vs. control member position.

Вектор значений площади отверстия для табличной параметризации площади отверстия. Значения в этом векторе соответствуют одному к одному элементам в векторе положения элемента управления. Первым элементом этого вектора является область утечки отверстия, а последним элементом является максимальная площадь отверстия. Площадь отверстия отверстия интерполируется из вектора площади отверстия, который зависит от вектора положения элемента управления.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип диафрагмы значение Variable и параметризация диафрагмы Tabulated data - Area vs. control member position.

Площадь поперечного сечения у входных и выходных отверстий A и B. Эта площадь используется в уравнении «давление-расход», которое определяет массовый расход через отверстие.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите один из следующих параметров:

  • Тип диафрагмы для Variable и параметризация диафрагмы для Linear - Area vs. control member position или Tabulated data - Area vs. control member position.

  • Тип диафрагмы для Constant и параметризация диафрагмы Orifice area.

Направление перемещения элемента, открывающего переменное отверстие. Положительная ориентация означает, что положительный сигнал в точке S открывает отверстие. Отрицательная ориентация означает, что отрицательный сигнал в точке S открывает отверстие.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип диафрагмы значение Variable.

Поправочный коэффициент, учитывающий потери при сбросе в теоретических потоках.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите один из следующих параметров:

  • Тип диафрагмы для Variable и параметризация диафрагмы для Linear - Area vs. control member position или Tabulated data - Area vs. control member position.

  • Тип диафрагмы для Constant и параметризация диафрагмы Orifice area.

Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного потока через отверстие.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите один из следующих параметров:

  • Тип диафрагмы для Variable и параметризация диафрагмы для Linear - Area vs. control member position или Tabulated data - Area vs. control member position.

  • Тип диафрагмы для Constant и параметризация диафрагмы Orifice area.

Коэффициент непрерывного сглаживания, который вносит слой постепенного изменения в реакцию потока, когда отверстие находится в почти открытом или почти закрытом положении. Установите для этого значения ненулевое значение меньше единицы, чтобы повысить стабильность моделирования в этих режимах.

Следует ли учитывать повышение давления, когда текучая среда течет из области меньшей площади поперечного сечения в область большей площади поперечного сечения. Это увеличение давления не фиксируется, когда восстановление давления включено Off.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите один из следующих параметров:

  • Тип диафрагмы для Variable и параметризация диафрагмы для Linear - Area vs. control member position или Tabulated data - Area vs. control member position.

  • Тип диафрагмы для Constant и параметризация диафрагмы Orifice area.

Вектор положений элемента управления для табличной параметризации объемного расхода. Вектор положения элемента управления образует независимую ось с вектором перепада давления, параметром dp для зависимой от 2-D таблицы объемного расхода, параметром q (s, dp). Положительное смещение соответствует открытию клапана. Значения перечислены в порядке возрастания, а первый элемент должен быть равен 0. Между точками данных таблицы используется линейная интерполяция.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип диафрагмы значение Variable и параметризация диафрагмы Tabulated data - Volumetric flow rate vs. control member position and pressure drop.

Вектор значений перепада давления для табличной параметризации объемного расхода. Вектор падения давления образует независимую ось с параметром «Control member position vector, s» для зависимой от 2-D таблицы объемного расхода, параметром «q (s, dp)». Значения перечислены в порядке возрастания и должны быть больше 0. Между точками данных таблицы используется линейная интерполяция.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип диафрагмы значение Variable и параметризация диафрагмы Tabulated data - Volumetric flow rate vs. control member position and pressure drop.

Матрица M-by-N объемных расходов на основе независимых значений перепада давления и положения регулирующего органа. M и N - размеры соответствующих векторов:

  • M - количество элементов в векторе перепада давления, параметр dp.

  • N - число элементов в векторе положения элемента управления, параметр s.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип диафрагмы значение Variable и параметризация диафрагмы Tabulated data - Volumetric flow rate vs. control member position and pressure drop.

Ошибки

Включение внешних или временных сбоев. При возникновении неисправности область клапана, обычно заданная параметризацией открытия, будет установлена на значение, указанное в параметре «Открытие».

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип диафрагмы значение Variable.

Задание области неисправной диафрагмы. Можно выбрать захват отверстия в полностью закрытом или полностью открытом положении или в области клапана при срабатывании неисправности.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип диафрагмы значение VariableВключить отказы для On.

Включает порт T. Физический сигнал на порту T, превышающий 0.5 срабатывание триггеров.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип диафрагмы значение VariableВключить отказы для On.

Включение инициирования отказа в указанное время. При достижении времени моделирования для события неисправности для области диафрагмы будет установлено значение, указанное в параметре Opening area при сбое.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип диафрагмы значение VariableВключить отказы для On.

При достижении времени моделирования для события неисправности для области диафрагмы устанавливается значение, указанное в параметре Opening area when fulted.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип диафрагмы значение Variable, Включить отказы для Onи Включить временной триггер отказа для On.

Сообщение о предпочтениях для состояния отказа. Если для отчета установлено значение Warning или Error, сообщение отображается в Simulink Diagnostic Viewer. Когда Error выбран, моделирование прекращается при возникновении сбоя.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Тип диафрагмы значение VariableВключить отказы для On.

Примеры модели

Представлен в R2020a