Диафрагма золотника (IL)

Отверстие катушки переменной площади в изотермической системе

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

Описание

Блок отверстия катушки (IL) моделирует отверстие переменной площади между катушкой и втулкой с отверстиями. Отверстия гильзы могут быть либо серией круглых, либо прямоугольных отверстий. Расход основан на общей площади отверстия между втулкой, отверстиями и катушкой, которая проходит или отводится в соответствии с сигналом, полученным в отверстии S. Несколько блоков отверстия катушки (IL) могут быть соединены для множества наборов отверстий вдоль пары катушка-втулка.

Если перемещение золотника в системе обеспечивается внешним источником или пользовательским блоком и требуется передача осевой силы потока в систему, можно использовать блок «Сила потока золотника» (IL), который применяет те же уравнения силы, что и блок «Диафрагма золотника» (IL).

Сила потока

Усилие на катушку рассчитывается следующим образом:

$\frac{{\overset{}{}}_{}^{}}{} F=−m˙A2ρAcos (α)$ λ,

где:

${\overset{}{}}_{m˙A}$ - массовый расход в порту A.
start- плотность текучей среды.
A - открытая площадь отверстия, которая определяется положением катушки и параметризацией отверстия.
α - угол струи, который вычисляется из аппроксимации формулы фон Мизеса:

$_{αjet} = {0,3663 + 0,8373}^{\frac{(}{1 − e}} -$ h1,848c),
где c - радиальный зазор, а h - отверстие отверстия.
λ - ориентация диафрагмы, которая указывает на отверстие диафрагмы, связанное с положительным или отрицательным сигналом в точке S.

Площадь отверстия диафрагмы

Для переменных диафрагм установите для параметра Ориентация диафрагмы значение Positive spool displacement opens the orifice указывает, что отверстие открывается, когда элемент управления простирается, в то время как Negative spool displacement opens the orifice показывает, что отверстие открывается, когда элемент управления убирается.

Область утечки, Aleak, считается небольшой областью, открытой для потока, когда отверстие закрыто, что сохраняет численную непрерывность. Кроме того, ненулевой коэффициент сглаживания может обеспечить повышенную численную стабильность, когда отверстие находится в почти закрытом или почти открытом положении.

Круглые отверстия

Установка параметризации диафрагмы в значение Round holes равномерно распределяет определенное пользователем количество отверстий по периметру втулки с равными диаметрами и центрами, выровненными в одной плоскости.

Открытая площадь рассчитывается следующим образом:

$_{Aorifice} =_{} \frac{_{}^{}}{} n0d028 (start− sin_{(start))}$ + Алеак.

Угол открывания диафрагмы λ задается управляющим сигналом при S:

$λ =^{2cos} - \frac{1 (}{λ_{}} -$ 2ΔSd0),

где:

n0 - количество отверстий.
d0 - диаметр отверстий.
Aleak - это $_{Aleak} =_{}_{}$ cd0n0.
ΔS - расстояние перемещения управляющего элемента, (S - _Smin), где _Smin - положение управляющего элемента при закрытом отверстии.

Максимальная открытая площадь:

$_{Amax} \frac{=}{}_{}^{}_{} {security4d02n0}_{+}$ Алеак.

Прямоугольный слот

Установка параметризации диафрагмы в значение Rectangular slot моделирует один прямоугольный паз в трубчатом рукаве.

Для отверстия с прорезью в прямоугольном рукаве открытая область равна

$_{Aorifice} = {wΔS}_{+}$ Aleak,

где w - ширина отверстия.

Максимальное расстояние между гильзой и корпусом составляет:

$_{Amax} =_{} {wΔSmax}_{+}$ Aleak.

где ΔSmax - расстояние перемещения щелевого отверстия Золотник между закрытым и открытым отверстиями.

При минимальной площади отверстия площадь утечки составляет:

$_{Алеак} =$ кв.

Численно сглаженное смещение

В крайних пределах диапазона отверстий диафрагмы можно поддерживать численную устойчивость при моделировании путем корректировки коэффициента сглаживания блока. Функция сглаживания применяется к каждому вычисленному смещению, но в первую очередь влияет на моделирование в крайних точках этого диапазона.

Нормализованное отверстие диафрагмы:

$\overset{}{ΔS}^\frac{=}{_{}}$ ΔSΔSmax,

где _ΔSmax - это:

Диаметр круглых отверстий, если параметризация диафрагмы установлена в Round holes.
Перемещение золотника между закрытым и открытым отверстием, если параметризация отверстия установлена в Rectangular slot.

Если коэффициент сглаживания f не равен нулю, к нормализованному отверстию применяется функция сглаживания:

${\overset{}{ΔS}}_{^} \frac{сглажен}{} = \frac{}{} \sqrt{{\overset{}{}}_{}^{12 + 12} {(\frac{}{ΔS}}^{^}}) \frac{}{2} \sqrt{{+ \overset{(}{} f4)}^{} 2 {\frac{-}{}}^{12}}$ (ΔS ^ − 1) 2 + (f4) 2.

Сглаженное отверстие:

$_{ΔSсглаженный} = {\overset{}{}}_{ΔS^}_{}$ сглаженный ΔSmax.

Уравнение массового расхода

Расход через золотниковое отверстие рассчитывается уравнением давление-расход:

$\overset{}{} \frac{_{}_{} \sqrt{\overset{}{}}}{\sqrt{_{m˙=CdAorifice2ρ¯PRloss} (1 {\frac{-_{(}}{}}^{} AorificeA}} \frac{)}{{2)^{} Δp [_{Δp2}^{+}}^{}}$ Δpcrit2] 1/4,

где:

Cd - коэффициент разряда.
A - площадь поперечного сечения в портах A и B.
$\overset{}{λ}$ - средняя плотность текучей среды.
Aorifice - открытая область отверстия, если:
- Отверстие больше или равно площади на расстоянии перемещения золотника между закрытым и открытым отверстиями. Площадь отверстия затем составляет Amax.
- Отверстие отверстия меньше или равно минимальному расстоянию отверстия. Площадь отверстия - Алеак.

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

$_{Δpcrit} \frac{\overset{}{}}{_{=πρ¯8Aorifice}} {\frac{_{}}{_{}}}^{(νRecritCd)}$ 2.

Потеря давления описывает снижение давления в отверстии из-за уменьшения площади. PRloss рассчитывается как:

$_{PRloss} \frac{\sqrt{= {1 \frac{_{- (}}{_{}}}^{} AorificeAport)_{2}^{} (} 1_{-} \frac{_{Cd2) -}}{_{}}}{\sqrt{{\frac{_{CdAorificeAport1}}{_{- (}}}^{}_{}^{}}_{AorificeAport} \frac{)_{2 (1 -}}{_{Cd2)}}}$ + CdAorificeAport.

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

Порты

Сохранение

развернуть все

`A` - Жидкостное отверстие
изотермическая жидкость

Входное или выходное отверстие жидкости в отверстие или из него.

`B` - Жидкостное отверстие
изотермическая жидкость

Входное или выходное отверстие жидкости в отверстие или из него.

Вход

развернуть все

`S` - Смещение элемента управления, м
физический сигнал

Смещение регулирующего элемента для отверстия переменной площади, в м.

Продукция

развернуть все

`F` - Сила потока, Н
физический сигнал

Осевая сила потока, в Н.

Параметры

развернуть все

`Orifice parameterization` - Тип диафрагмы
`Round holes` (по умолчанию) | `Rectangular slot`

Геометрия отверстия во втулке. Круглые отверстия равномерно разнесены по окружности поперечного сечения. Есть только одно отверстие в Rectangular slot установка.

`Diameter of round holes` - Диаметр круглых отверстий
`5e-3 m` (по умолчанию) | положительный скаляр

Диаметр всех отверстий на втулке.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию диафрагмы в значение Round holes.

`Number of round holes` - Количество круглых отверстий
`6` (по умолчанию) | положительное целое число

Количество отверстий по окружности втулки.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию диафрагмы в значение Round holes.

`Orifice width` - Ширина прямоугольной щели
`0.01 m` (по умолчанию) | положительный скаляр

Ширина прямоугольного паза.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию диафрагмы в значение Rectangular slot.

`Spool travel between closed and open orifice` - Максимальный ход элемента управления
`5e-3 m` (по умолчанию) | положительный скаляр

Максимальное расстояние перемещения элемента управления. Это значение обеспечивает верхний предел для вычислений, чтобы моделирование не возвращало нефизические значения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию диафрагмы в значение Rectangular slot.

`Flow force output` - Следует ли моделировать осевую гидравлическую силу на золотнике
`Off` (по умолчанию) | `On`

Следует ли моделировать осевую гидравлическую силу на катушке. Если для этого параметра установлено значение Onпорт F включен и выдает осевую силу в виде физического сигнала в N.

`Radial clearance` - Зазор между золотником и втулкой
`1e-5 m` (по умолчанию) | положительный скаляр

Радиальное расстояние между золотником и втулкой.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Эффект силы потока значение On.

`Leakage area` - Площадь зазора при полностью закрытом положении клапана
`1e-10` m ^ 2 (по умолчанию) | положительный скаляр

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.

`Spool position at closed orifice` - Смещение катушки
`0` (по умолчанию) | скаляр

Смещение золотника, когда отверстие полностью открыто. Положительное ненулевое значение указывает на частично закрытое отверстие. Отрицательное ненулевое значение указывает перекрывающееся отверстие, которое остается открытым для начального смещения, заданного физическим сигналом в порту S.

`Cross-sectional area at ports A and B` - Площадь диафрагмы в консервационных портах
`inf m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр

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

`Opening orientation` - Направление изменения площади диафрагмы
`Positive spool displacement opens the orifice` (по умолчанию) | `Negative spool displacement opens the orifice`

Направление изменения площади для переменных отверстий. Положительная ориентация отверстия указывает на увеличение отверстия отверстия. Отрицательная ориентация указывает на уменьшение отверстия отверстия. Величина всегда положительная.

`Discharge coefficient` - Коэффициент разгрузки
`0.64` (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне [0,1]

Поправочный коэффициент, учитывающий потери при сбросе в теоретических потоках.

`Critical Reynolds number` - Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного потока
`150` (по умолчанию) | положительный скаляр

Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного потока через отверстие.

`Smoothing factor` - Коэффициент численного сглаживания
`0.01` (по умолчанию) | положительный скаляр

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.

`Pressure recovery` - Следует ли учитывать увеличение давления в расширениях площадей
`Off` (по умолчанию) | `On`

Следует ли учитывать повышение давления, когда текучая среда течет из области меньшей площади поперечного сечения в область большей площади поперечного сечения.

Примеры модели

Система впрыска дизельного двигателя в линию

Поточная многоэлементная система впрыска дизельного топлива. Он состоит из кулачкового вала, подъемного насоса, четырех рядных насосов впрыска и четырех инжекторов.

Hydraulic Axial-Piston Pump with Load-Sensing and Pressure-Limiting Control

Гидравлический аксиально-поршневой насос с контролем нагрузки и ограничением давления

Испытательная установка, предназначенная для исследования взаимодействия между аксиально-поршневым насосом и типичным блоком управления, одновременно выполняющим функции измерения нагрузки и ограничения давления. Для повышения точности моделирования в этом примере используется подробная модель насоса, которая учитывает взаимодействие между поршнями, качающейся пластиной и пластиной клапана.

См. также

Кольцевая утечка (IL) | Диафрагма (IL) | Сила потока золотниковой диафрагмы (IL) | Регулируемая перекрывающаяся диафрагма (IL)

Представлен в R2020a

Документация

Диафрагма золотника (IL)

Описание

Сила потока

Площадь отверстия диафрагмы

Численно сглаженное смещение

Уравнение массового расхода

Порты

Сохранение

A - Жидкостное отверстие изотермическая жидкость

B - Жидкостное отверстие изотермическая жидкость

Вход

S - Смещение элемента управления, м физический сигнал

Продукция

F - Сила потока, Н физический сигнал

Параметры

Orifice parameterization - Тип диафрагмы Round holes (по умолчанию) | Rectangular slot

Diameter of round holes - Диаметр круглых отверстий 5e-3 m (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Number of round holes - Количество круглых отверстий 6 (по умолчанию) | положительное целое число

Зависимости

Orifice width - Ширина прямоугольной щели 0.01 m (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Spool travel between closed and open orifice - Максимальный ход элемента управления 5e-3 m (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Flow force output - Следует ли моделировать осевую гидравлическую силу на золотнике Off (по умолчанию) | On

Radial clearance - Зазор между золотником и втулкой 1e-5 m (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Leakage area - Площадь зазора при полностью закрытом положении клапана 1e-10 m ^ 2 (по умолчанию) | положительный скаляр

Spool position at closed orifice - Смещение катушки 0 (по умолчанию) | скаляр

Cross-sectional area at ports A and B - Площадь диафрагмы в консервационных портах inf m^2 (по умолчанию) | положительный скаляр

Opening orientation - Направление изменения площади диафрагмы Positive spool displacement opens the orifice (по умолчанию) | Negative spool displacement opens the orifice

Discharge coefficient - Коэффициент разгрузки 0.64 (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне [0,1]

Critical Reynolds number - Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного потока 150 (по умолчанию) | положительный скаляр

Smoothing factor - Коэффициент численного сглаживания 0.01 (по умолчанию) | положительный скаляр

Pressure recovery - Следует ли учитывать увеличение давления в расширениях площадей Off (по умолчанию) | On

Примеры модели

Система впрыска дизельного двигателя в линию

Гидравлический аксиально-поршневой насос с контролем нагрузки и ограничением давления

См. также

Документация по жидкостям Simscape

Поддержка

`A` - Жидкостное отверстие
изотермическая жидкость

`B` - Жидкостное отверстие
изотермическая жидкость

`S` - Смещение элемента управления, м
физический сигнал

`F` - Сила потока, Н
физический сигнал

`Orifice parameterization` - Тип диафрагмы
`Round holes` (по умолчанию) | `Rectangular slot`

`Diameter of round holes` - Диаметр круглых отверстий
`5e-3 m` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Number of round holes` - Количество круглых отверстий
`6` (по умолчанию) | положительное целое число

`Orifice width` - Ширина прямоугольной щели
`0.01 m` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Spool travel between closed and open orifice` - Максимальный ход элемента управления
`5e-3 m` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Flow force output` - Следует ли моделировать осевую гидравлическую силу на золотнике
`Off` (по умолчанию) | `On`

`Radial clearance` - Зазор между золотником и втулкой
`1e-5 m` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Leakage area` - Площадь зазора при полностью закрытом положении клапана
`1e-10` m ^ 2 (по умолчанию) | положительный скаляр

`Spool position at closed orifice` - Смещение катушки
`0` (по умолчанию) | скаляр

`Cross-sectional area at ports A and B` - Площадь диафрагмы в консервационных портах
`inf m^2` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Opening orientation` - Направление изменения площади диафрагмы
`Positive spool displacement opens the orifice` (по умолчанию) | `Negative spool displacement opens the orifice`

`Discharge coefficient` - Коэффициент разгрузки
`0.64` (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне [0,1]

`Critical Reynolds number` - Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного потока
`150` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Smoothing factor` - Коэффициент численного сглаживания
`0.01` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Pressure recovery` - Следует ли учитывать увеличение давления в расширениях площадей
`Off` (по умолчанию) | `On`