Предохранительный клапан (2P)

Предохранительный клапан в двухфазной жидкостной сети

Библиотека:
Simscape/Fluids/Двухфазная жидкость/Клапаны и диафрагмы/Клапаны регулирования давления

Описание

Блок предохранительного клапана (2P) моделирует предохранительный клапан, регулирующий давление, в двухфазной жидкостной сети. Клапан открывается, когда давление превышает установленное давление. Укажите перепад давления, открывающий клапан, в параметре Задать спецификацию давления (Set pressure specification), который может представлять собой перепад давления между портами A и B или манометрическое давление в порту A. При установке для параметра Задать контроль давления значение Controlledустановочное давление изменяется в соответствии с входным сигналом в порту Ps.

Свойства жидкости внутри клапана рассчитываются по условиям на входе. Теплообмен между текучей средой и окружающей средой отсутствует, и поэтому изменение фазы внутри клапана происходит только из-за падения давления или распространенного изменения фазы из другой части модели.

Ряд параметров блока основан на номинальных рабочих условиях, которые соответствуют номинальным характеристикам клапана, например, спецификации на листе данных изготовителя.

Контроль давления

Клапан открывается, когда давление в клапане, _{управление}, превышает установленный перепад давления, _pset. Клапан полностью открыт, когда контрольное давление достигает конца диапазона регулирования давления.

Если для параметра Задать управление давлением (Set pressure control) установлено значение Constant, доля открытия клапана λ выражается как:

$λ = (1_{-} \frac{_{fleak) (}_{контроль}}{-_{pset}})_{}$ prange + fleak,

где:

_fleak - утечка закрытого клапана в виде доли номинального расхода.
_pcontrol - контрольное давление, которое зависит от параметра Set pressure specification.
Если для параметра Задать спецификацию давления (Set pressure specification) задано значение Pressure differentialконтрольное давление равно _PA ̶ _pB.
Если для параметра Задать спецификацию давления (Set pressure specification) задано значение Gauge pressure at port Aконтрольное давление представляет собой разность между давлением в порту А и атмосферным давлением.

Если для параметра Задать управление давлением (Set pressure control) установлено значение Controlled, доля открытия клапана составляет:

$λ = (1_{-} \frac{_{fleak) (}_{}}{{контроль}_{- ps}})_{}$ prange + fleak,

где _ps - сигнал в отверстии Ps. Если управляющее давление превышает диапазон регулирования давления клапана, доля открытия клапана равна 1.

Массовый расход

Массовый расход зависит от перепада давления и, следовательно, от открытой площади клапана. Рассчитывается как:

${\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{} \sqrt{\frac{_{}}{_{}}} \sqrt{\frac{}{_{}}} \frac{m˙A=λm˙nom[vnom2Δpnom]2vinΔp}{{(^{} Δp2 +_{}^{}}^{Δplam2)}}$ 0,25,

где:

Δp - перепад давления на клапане, _pA ̶ _pB.
_Δplam - порог перехода давления между ламинарным и турбулентным потоком, который рассчитывается из отношения давления ламинарного потока, _Blam:

$_{Δplam} \frac{=_{(} {pA}_{} +}{} pB)_{2 (} 1$ − Blam).
${\overset{}{}}_{m˙nom}$ - номинальный массовый расход при максимальном открытии.
_Δpnom - номинальная скорость падения давления при максимальном открытии.
_vnom - номинальный удельный объем на входе. Это значение определяется на основе табличных данных о свойствах жидкости на основе параметров номинальной энтальпии на входе и номинального давления на входе.
_vin - удельный объем на входе.

Динамика удельного объема жидкости

Когда текучая среда на входе клапана представляет собой смесь жидкость-пар, блок вычисляет удельный объем как:

$_{vin} = (1_{-}_{xdyn)}_{vliq}_{+}$ xdynvvap,

где:

_xdyn - качество пара на входе. Блок применяет запаздывание первого порядка к качеству пара на входе смеси.
_vliq - удельный объем жидкости.
_vvap - удельный объем пара текучей среды.

Если входная текучая среда представляет собой жидкость или пар, _{то vin} представляет собой соответствующий удельный объем жидкости или пара.

Запаздывание по качеству пара

Если качество пара на входе представляет собой смесь жидкость-пар, применяется отставание по времени первого порядка:

$\frac{_{}}{dxdyndt} \frac{=_{} {xin}_{-}}{}$ xdynstart,

где:

_xdyn - динамическое качество пара.
_xin - текущее качество пара на входе.
start- постоянная времени изменения фазы на входе.

Если входная жидкость является переохлажденной жидкостью или перегретым паром, _xdyn равен _xin.

Массовый баланс

В клапане сохраняется масса:

${\overset{}{}}_{} {\overset{}{}}_{} m˙A+m˙B=0,$

где:

${\overset{}{}}_{m˙A}$ - массовый расход в порту A.
${\overset{}{}}_{m˙B}$ - массовый расход в порту B.

Энергетический баланс

В клапане сохраняется энергия:

$_{ФА} +_{} ФВ$ = 0,

где:

_ФА - поток энергии в порту А.
_{Dwf B} - поток энергии в порту B.

Допущения и ограничения

Блок не моделирует восстановление давления после клапана.
Теплообмен между клапаном и окружающей средой отсутствует.
Блок не моделирует подавленный поток.

Порты

Сохранение

развернуть все

`A` - Отверстие для жидкости
двухфазная текучая среда

Входное или выходное отверстие для жидкости.

`B` - Отверстие для жидкости
двухфазная текучая среда

Входное или выходное отверстие для жидкости.

Вход

развернуть все

`Ps` - Установить давление
физический сигнал

Входное отверстие для изменения сигнала заданного давления.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите для параметра Set pressure control значение Controlled.

Параметры

развернуть все

`Set pressure control` - Переменное или постоянное давление
`Constant` (по умолчанию) | `Controlled`

Является ли порог давления постоянным или переменным. Установка для этого параметра значения Controlled открывает физический сигнальный порт Ps.

`Set pressure specification` - Регулирующее давление
`Pressure differential` (по умолчанию) | `Gauge pressure at port A`

Технические требования к контрольному давлению:

Если установлено значение Pressure differentialклапан открывается, когда _pA ̶ _pB превышает установленный перепад давления.
Если установлено значение Gauge pressure at port Aклапан открывается, когда _pA ̶ _patm превышает заданное давление (манометр).

`Set pressure differential` - Установить давление
`0.01` МПа (по умолчанию) | положительный скаляр

Порог давления клапана. Когда давление регулирования, _pA ̶ _pB, превышает заданное давление, клапан начинает открываться.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Set pressure control значение Constant и Установить спецификацию давления на Pressure differential.

`Set pressure (gauge)` - Установить давление
`0.1` МПа (по умолчанию) | положительный скаляр

Порог давления клапана. Когда давление регулирования, _pA ̶ _patm, превышает заданное давление, клапан начинает открываться.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Set pressure control значение Constant и Установить спецификацию давления на Gauge pressure at port A.

`Pressure regulation range` - Рабочий диапазон клапана
`0.1` МПа (по умолчанию) | положительный скаляр

Рабочий диапазон клапана. Клапан начинает открываться при заданном значении давления и полностью открывается при _pmax, конце диапазона регулирования давления: _pmax = _pset + _prange.

`Nominal mass flow rate at maximum opening` - Номинальный массовый расход
`0.1` кг/с (по умолчанию) | положительный скаляр

Массовый расход через полностью открытый клапан в типичных, расчетных или номинальных условиях.

`Nominal pressure drop at maximum opening` - Номинальный перепад давления
`0.001` МПа (по умолчанию) | положительный скаляр

Перепад давления на полностью открытом клапане в типичных, расчетных или номинальных условиях.

`Nominal inlet condition specification` - Способ определения состояния входной жидкости
`Temperature` (по умолчанию) | `Vapor quality` | `Vapor void fraction` | `Specific enthalpy` | `Specific internal energy`

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ВХОДНОЙ ЖИДКОСТИ. Удельный объем впуска клапана определяется на основе табличных данных о свойствах жидкости на основе номинального давления на входе и параметров спецификации номинального состояния на входе.

`Nominal inlet pressure` - Давление жидкости, поступающей в клапан
`0.101325` МПа (по умолчанию) | положительный скаляр

Давление на входе в клапан в типичных, расчетных или номинальных условиях. Удельный объем впуска клапана определяется на основе табличных данных о свойствах жидкости на основе номинального давления на входе и параметров спецификации номинального состояния на входе.

`Nominal inlet temperature` - Температура жидкости
`293.15` K (по умолчанию) | положительный скаляр

Температура жидкости на входе в номинальном режиме работы.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Номинальное условие впуска значение Temperature.

`Nominal inlet vapor quality` - Качество пара на входе по массовой доле
`0.5` (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне [0,1]

Качество пара на входе смеси по массовой доле в номинальных рабочих условиях. Значение 0 означает, что входная жидкость является переохлажденной жидкостью. Значение 1 означает, что входная жидкость является перегретым паром.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Номинальное условие впуска значение Vapor quality.

`Nominal inlet vapor void fraction` - Объемная доля на входе
`0.5` (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне [0,1]

Входная смесь по объемной доле в номинальных рабочих условиях. Значение 0 означает, что входная жидкость является переохлажденной жидкостью. Значение 1 означает, что входная жидкость является перегретым паром.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Номинальное условие впуска значение Vapor void fraction.

`Nominal inlet specific enthalpy` - Удельная энтальпия входной жидкости
`1500` кДж/кг (по умолчанию) | положительный скаляр

Удельная энтальпия на входе в номинальных рабочих условиях.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Номинальное условие впуска значение Specific enthalpy.

`Nominal inlet specific internal energy` - Удельная внутренняя энергия на входе
`1500` кДж/кг (по умолчанию) | положительный скаляр

Удельная внутренняя энергия на входе в номинальных рабочих условиях.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Номинальное условие впуска значение Specific internal energy.

`Cross-sectional area at ports A and B` - Зоны клапанов
`0.01` m ^ 2 (по умолчанию) | положительный скаляр

Площадь клапанов A и B.

`Closed valve leakage as a fraction of nominal flow` - Дробный расход при закрытом клапане
`1e-6` (по умолчанию) | положительный скаляр

Дробный расход через клапан, когда он полностью закрыт. Этот параметр вносит вклад в численную стабильность, поддерживая непрерывность в жидкостной сети.

`Smoothing factor` - Коэффициент численного сглаживания
`0.01` (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне [0,1]

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

`Laminar flow pressure ratio` - Коэффициент ламинарно-турбулентного переходного давления
`0.999` (по умолчанию) | положительный скаляр

Отношение давления на выходе клапана к давлению на входе клапана, при котором жидкость переходит между ламинарным и турбулентным режимами. Потеря давления соответствует массовому расходу линейно в ламинарных потоках и квадратично в турбулентных потоках.

`Inlet phase change time constant` - Запаздывание по удельному объему смеси
`0.1` s (по умолчанию) | положительный скаляр

Запаздывание по времени для смесей жидкость-пар при расчете удельного объема жидкости. Этот параметр не влияет на удельный объем, когда входная текучая среда представляет собой полностью переохлажденную жидкость или полностью перегретый пар.

См. также

Обратный клапан (2P) | Диафрагма (2P) | Редукционный клапан (2P) | Клапан термостатического расширения (2P)

Представлен в R2021a

Документация

Предохранительный клапан (2P)

Описание

Контроль давления

Динамика удельного объема жидкости

Массовый баланс

Энергетический баланс

Допущения и ограничения

Порты

Сохранение

A - Отверстие для жидкости двухфазная текучая среда

B - Отверстие для жидкости двухфазная текучая среда

Вход

Ps - Установить давление физический сигнал

Зависимости

Параметры

Set pressure control - Переменное или постоянное давление Constant (по умолчанию) | Controlled

Set pressure specification - Регулирующее давление Pressure differential (по умолчанию) | Gauge pressure at port A

Set pressure differential - Установить давление 0.01 МПа (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Set pressure (gauge) - Установить давление 0.1 МПа (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Pressure regulation range - Рабочий диапазон клапана 0.1 МПа (по умолчанию) | положительный скаляр

Nominal mass flow rate at maximum opening - Номинальный массовый расход 0.1 кг/с (по умолчанию) | положительный скаляр

Nominal pressure drop at maximum opening - Номинальный перепад давления 0.001 МПа (по умолчанию) | положительный скаляр

Nominal inlet condition specification - Способ определения состояния входной жидкости Temperature (по умолчанию) | Vapor quality | Vapor void fraction | Specific enthalpy | Specific internal energy

Nominal inlet pressure - Давление жидкости, поступающей в клапан 0.101325 МПа (по умолчанию) | положительный скаляр

Nominal inlet temperature - Температура жидкости 293.15 K (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Nominal inlet vapor quality - Качество пара на входе по массовой доле 0.5 (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне [0,1]

Зависимости

Nominal inlet vapor void fraction - Объемная доля на входе 0.5 (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне [0,1]

Зависимости

Nominal inlet specific enthalpy - Удельная энтальпия входной жидкости 1500 кДж/кг (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Nominal inlet specific internal energy - Удельная внутренняя энергия на входе 1500 кДж/кг (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Cross-sectional area at ports A and B - Зоны клапанов 0.01 m ^ 2 (по умолчанию) | положительный скаляр

Closed valve leakage as a fraction of nominal flow - Дробный расход при закрытом клапане 1e-6 (по умолчанию) | положительный скаляр

Smoothing factor - Коэффициент численного сглаживания 0.01 (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне [0,1]

Laminar flow pressure ratio - Коэффициент ламинарно-турбулентного переходного давления 0.999 (по умолчанию) | положительный скаляр

Inlet phase change time constant - Запаздывание по удельному объему смеси 0.1 s (по умолчанию) | положительный скаляр

См. также

Документация по жидкостям Simscape

Поддержка

`A` - Отверстие для жидкости
двухфазная текучая среда

`B` - Отверстие для жидкости
двухфазная текучая среда

`Ps` - Установить давление
физический сигнал

`Set pressure control` - Переменное или постоянное давление
`Constant` (по умолчанию) | `Controlled`

`Set pressure specification` - Регулирующее давление
`Pressure differential` (по умолчанию) | `Gauge pressure at port A`

`Set pressure differential` - Установить давление
`0.01` МПа (по умолчанию) | положительный скаляр

`Set pressure (gauge)` - Установить давление
`0.1` МПа (по умолчанию) | положительный скаляр

`Pressure regulation range` - Рабочий диапазон клапана
`0.1` МПа (по умолчанию) | положительный скаляр

`Nominal mass flow rate at maximum opening` - Номинальный массовый расход
`0.1` кг/с (по умолчанию) | положительный скаляр

`Nominal pressure drop at maximum opening` - Номинальный перепад давления
`0.001` МПа (по умолчанию) | положительный скаляр

`Nominal inlet condition specification` - Способ определения состояния входной жидкости
`Temperature` (по умолчанию) | `Vapor quality` | `Vapor void fraction` | `Specific enthalpy` | `Specific internal energy`

`Nominal inlet pressure` - Давление жидкости, поступающей в клапан
`0.101325` МПа (по умолчанию) | положительный скаляр

`Nominal inlet temperature` - Температура жидкости
`293.15` K (по умолчанию) | положительный скаляр

`Nominal inlet vapor quality` - Качество пара на входе по массовой доле
`0.5` (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне [0,1]

`Nominal inlet vapor void fraction` - Объемная доля на входе
`0.5` (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне [0,1]

`Nominal inlet specific enthalpy` - Удельная энтальпия входной жидкости
`1500` кДж/кг (по умолчанию) | положительный скаляр

`Nominal inlet specific internal energy` - Удельная внутренняя энергия на входе
`1500` кДж/кг (по умолчанию) | положительный скаляр

`Cross-sectional area at ports A and B` - Зоны клапанов
`0.01` m ^ 2 (по умолчанию) | положительный скаляр

`Closed valve leakage as a fraction of nominal flow` - Дробный расход при закрытом клапане
`1e-6` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Smoothing factor` - Коэффициент численного сглаживания
`0.01` (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне [0,1]

`Laminar flow pressure ratio` - Коэффициент ламинарно-турбулентного переходного давления
`0.999` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Inlet phase change time constant` - Запаздывание по удельному объему смеси
`0.1` s (по умолчанию) | положительный скаляр