Exponenta Banner
exponenta event banner

Клапан регулирования температуры (TL)

Клапан регулирования расхода с срабатыванием на основе температуры

  • Библиотека:

  • Simscape/Жидкости/Термическая жидкость/Клапаны и диафрагмы/Клапаны регулирования расхода

  • Temperature Control Valve (TL) block

Описание

Блок терморегулирующего клапана (TL) моделирует диафрагму с термостатом в качестве механизма регулирования потока. Термостат содержит датчик температуры и механизм открытия черного ящика - тот, геометрия и механика которого меньше его эффектов. Датчик реагирует с небольшой задержкой, зафиксированной запаздыванием первого порядка, на изменения температуры.

Когда датчик считывает температуру, превышающую заданное значение активации, механизм открытия приводится в действие. Клапан начинает открываться или закрываться, в зависимости от выбранного режима работы - первый случай, соответствующий нормально закрытому клапану, а второй - нормально открытому клапану. Изменение площади открытия продолжается до предела диапазона регулирования температуры клапана, за пределами которого площадь открытия является постоянной.

Функция сглаживания позволяет плавно изменять площадь открытия клапана между полностью закрытым и полностью открытым положениями. Функция сглаживания делает это, удаляя резкие изменения площади открытия в нулевом и максимальном положениях шара. На рисунке показано влияние сглаживания на кривую площади открытия клапана.

Сглаживание кривой в области проема

Зона открытия клапана

Расчет площади открытия клапана основан на линейном выражении

SLinear = (SEnd − SStartTRange) (TSensor − TActivation) + SStart,

где:

  • SLinear - площадь открытия линейного клапана.

  • Sstart - зона открытия клапана в начале диапазона срабатывания температуры. Эта область зависит от настройки параметров работы клапана:

    SStart = {SLeak, клапан открывается выше температуры активацииSMax , клапан закрывается выше температуры активации

  • SEnd - площадь открытия клапана в конце диапазона срабатывания температуры. Эта область зависит от настройки параметров работы клапана:

    SEnd = {SMax, Клапан открывается выше температуры активацииSЛеак , Клапан закрывается выше температуры активации

  • SMax - это зона открытия клапана в полностью открытом положении.

  • SLeak - зона открытия клапана в полностью закрытом положении. В этом положении остается только поток утечки.

  • TRange - диапазон регулирования температуры.

  • TActivation - минимальная температура, необходимая для работы клапана.

  • TSensor - измеренная температура клапана.

Модель клапана учитывает запаздывание первого порядка измеряемой температуры клапана через дифференциальное уравнение:

ddt (TSensor) = TAvg − TSensor,

где:

  • TAvg - среднее арифметическое температур в клапане,

    TAvg = TA + TB2,

    где TA и TB - температуры в портах A и B.

  • start- значение постоянной времени датчика, указанное в диалоговом окне блока.

Выражения открытия клапана создают нежелательные разрывы в полностью открытом и полностью закрытом положениях. Блок устраняет эти разрывы, используя полиномиальные выражения, которые сглаживают переходы в полностью открытые и полностью закрытые положения и из них. Выражения сглаживания клапана:

λ L = 3T L2 − 2T L3

и

λ R = 3T _ R2 − 2T _ R3

где:

T _ L = TSensor − TActivationΔTsmooth

и

T _ R = TSensor − (TActivation + TRange − ΔTsmooth) ΔTsmooth.

В уравнениях:

  • λ L - сглаживающее выражение для полностью закрытой части кривой открытия клапана.

  • λ R - сглаживающее выражение, применяемое к полностью открытой части кривой открытия клапана.

  • ΔTгладкий - область сглаживания температуры:

    ΔTsmooth = fsmootTRange2,

    где fsmooth - коэффициент сглаживания от 0 до 1.

Сглаженная площадь открытия клапана задается кусочно-условным выражением

SR={SStart,TSensor≤TActivationSStart (1 − λ L) + SLinearλ L, TSensor < TActivation + ΔTsmougSLinear, TSensor < TActivation + TRange − ΔTsmougSLinear (1 − λ R) +SEndλR,TSensor<TActivation+TRangeSEnd,TSensor≥TActivation+TRange,

где:

  • SR - сглаженная зона открытия клапана.

Массовый баланс

Уравнение сохранения массы в клапане

m˙A+m˙B=0,

где:

  • m˙A - массовый расход в клапан через порт A.

  • m˙B - массовый расход в клапан через порт B.

Энергетический баланс

Уравнение энергосбережения в клапане

/ A +/B = 0,

где:

  • ϕA энергетическая скорость потока жидкости в клапан через порт A.

  • β B - расход энергии в клапан через порт B.

Баланс импульса

Уравнение сохранения импульса в клапане

pA−pB=m˙m˙2+m˙cr22ρAvgCd2S2[1− (SRS) 2] PRLoss,

где:

  • pA и pB - давления в порту A и порту B.

  • m˙ - массовый расход.

  • m˙cr - критический массовый расход:

    m˙cr=RecrμAvgπ4SR.

  • δ Avg - средняя плотность жидкости.

  • Cd - коэффициент разряда.

  • S - площадь впуска клапана.

  • PRLoss - отношение давлений:

    PRLoss = 1 − (SR/S) 2 (1 − Cd2) − Cd (SR/S) 1 − (SR/S) 2 (1 − Cd2) + Cd (SR/S).

Порты

  • A - Отверстие для сохранения тепловой жидкости, представляющее вход клапана A

  • B - Отверстие для сохранения тепловой жидкости, представляющее вход клапана B

Параметры

Вкладка «Параметры»

Работа клапана

Влияние температуры жидкости на работу клапана. Опции включают Opens above activation temperature и Closes above activation temperature. Значение по умолчанию: Opens above activation temperature.

Температура активации

Температура, необходимая для срабатывания клапана. Если для параметра Valve operation установлено значение Opens above activation temperatureклапан начинает открываться при температуре активации. Если для параметра Valve operation установлено значение Closes above activation temperatureклапан начинает закрываться при температуре активации. Значение по умолчанию: 330 K.

Диапазон регулирования температуры

Изменение температуры по сравнению с температурой активации, необходимой для полного открытия клапана. Значение по умолчанию: 8 K, соответствующий полностью открытому клапану при температуре 338 K.

Постоянная времени датчика

Постоянная времени в уравнении первого порядка, используемая для аппроксимации динамики датчика температуры. Значение по умолчанию: 1.5 s.

Максимальная площадь открытия

Площадь потока клапана в полностью открытом положении. Значение по умолчанию: 1e-4 м ^ 2.

Зона течи

Область, через которую жидкость может протекать в полностью закрытом положении клапана. В этой области происходит утечка между входами клапана. Значение по умолчанию: 1e-12 м ^ 2.

Коэффициент сглаживания

Часть кривой «площадь проема» для сглаживания, выраженная в виде дроби. Сглаживание устраняет нарушения непрерывности при положениях клапана минимального и максимального расхода. Коэффициент сглаживания должен быть между 0 и 1.

Сглаживание кривой в области проема

Значение 0 соответствует линейному выражению с нулевым сглаживанием. Значение 1 соответствует нелинейному выражению с максимальным сглаживанием. Значение по умолчанию: 0.01, что соответствует нелинейной области, охватывающей 1% размера полной кривой.

Площадь поперечного сечения в портах A и B

Площадь по нормали к направлению потока на входе в клапан. Предполагается, что эта область одинакова для всех входов. Значение по умолчанию: 0.01 м ^ 2.

Характерная продольная длина

Примерная длина клапана. Этот параметр обеспечивает измерение продольного масштаба клапана. Значение по умолчанию: 0.1 м ^ 2.

Коэффициент разгрузки

Полуэмпирический параметр, обычно используемый в качестве показателя рабочих характеристик клапана. Коэффициент нагнетания определяется как отношение фактического массового расхода через клапан к его теоретическому значению.

Блок использует этот параметр для учета влияния геометрии клапана на массовый расход. Учебники и паспорта клапанов являются общими источниками значений коэффициентов нагнетания. По определению, все значения должны быть больше 0 и меньше 1. Значение по умолчанию: 0.7.

Критическое число Рейнольдса

Число Рейнольдса, соответствующее переходу между ламинарным и турбулентным режимами потока. Поток через клапан принимается ламинарным ниже этого значения и турбулентным над ним. Используемые значения зависят от конкретной геометрии клапана. Значение по умолчанию: 12.

Вкладка «Переменные»

Температура датчика

Температура жидкости в начале моделирования. Значение по умолчанию: 293.15 К, соответствующее комнатной температуре.

Массовый расход в порт A

Массовый расход в компонент через порт A в начале моделирования. Значение по умолчанию: 1 kg/s.

Примеры модели

Engine Cooling System

Система охлаждения двигателя

Смоделируйте систему охлаждения двигателя с нефтью, охлаждающей схему, используя Simscape™ Fluids™ Тепловые Жидкие блоки. Система включает в себя контур охлаждающей жидкости и контур охлаждения масла. Насос фиксированного вытеснения приводит теплоноситель в движение по охлаждающему контуру. Основная часть тепла от двигателя поглощается хладагентом и рассеивается через радиатор. Температура системы регулируется термостатом, который отводит поток в радиатор только тогда, когда температура выше порогового значения. Контур охлаждения масла также поглощает часть тепла от двигателя. Тепло, добавляемое к маслу, передается теплоносителю с помощью теплообменника масло-хладагент. Радиатор представляет собой блок теплообменника E-NTU (TL) с воздушным потоком, управляемым входами физических сигналов. Теплообменник охлаждающей жидкости представляет собой блок теплообменника E-NTU (TL-TL). Как насос охлаждающей жидкости, так и масляный насос приводятся в движение от частоты вращения двигателя.

Расширенные возможности

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

.

См. также

|

Представлен в R2016a

Документация по жидкостям Simscape

Поддержка