Локальное ограничение потока с переменной площадью поперечного сечения
Simscape/Жидкости/Термическая жидкость/Клапаны и диафрагмы
Блок диафрагмы переменной площади (TL) моделирует поток через локальное ограничение с переменной площадью открытия. Отверстие содержит управляющий элемент, такой как шар, золотник или диафрагма, который определяет своим смещением мгновенную площадь отверстия. Такие элементы являются характерными для клапанов и в библиотеке тепловых жидкостей являются фундаментом, на котором базируются все направленные блоки клапанов. См., например, блок 2-Way направленного клапана (TL). Этот блок используется для создания пользовательского компонента с переменными диафрагмами, если они не предусмотрены в библиотеке тепловых жидкостей.

Предполагается, что отверстие состоит из сжатия с последующим резким расширением в области потока. Сжатие приводит к росту расхода и падению давления. Расширение позволяет восстановить давление, хотя и только частично: мимо контрактной вены, где поток находится в самом узком положении, поток, как правило, отделяется от стенки, в результате чего он теряет некоторую энергию. Степень восстановления давления зависит от коэффициента выпуска отверстия и от соотношения площади отверстия и площади отверстия. Установите для параметра Восстановление давления значение Off игнорировать этот эффект при необходимости.
Влияние движения управляющего элемента на площадь отверстия отверстия зависит от установки параметра блока ориентации отверстия. В настройках по умолчанию Positive, отверстие (если оно находится в пределах его диапазона открытия) открывается, когда управляющий элемент перемещается в положительном направлении. В альтернативной настройке Negativeотверстие открывается движением в отрицательном направлении.
Диафрагма является бесступенчатой. Плавно смещается между положениями, из которых имеет два. Одно - нормальное положение - это положение, в которое жиклер возвращается, когда его управляющий сигнал падает до нуля. Если смещение элемента управления не указано, отверстие A-B всегда полностью закрыто в этом положении. Другое - рабочее положение - это то, в которое перемещается диафрагма при повышении ее управляющего сигнала до максимума. Отверстие обычно полностью открыто в этом положении. Следует отметить, что то, действительно ли отверстие открыто и насколько оно открыто, зависит от величины смещения управляющего элемента.
В каком положении находится отверстие, зависит от координаты управляющего элемента - длины, которая в клапанных блоках, основанных на этой модели отверстия, часто называется отверстием отверстия. Эта переменная вычисляется во время моделирования из смещения элемента управления, заданного с помощью параметра блока с тем же именем, и из смещения элемента управления, переменной, полученной из физического сигнала, заданного в порте S:
δx,
где:
h - отверстие отверстия A-B.
h0 - смещение проема A-B.
δ - ориентация отверстия, +1 если Positive, -1 если Negative.
x - смещение управляющего элемента.
Смещение элемента управления, равное нулю, соответствует клапану, находящемуся в нормальном положении. Отверстие начинает открываться, когда отверстие (h) отверстия поднимается выше нуля, и оно продолжает открываться до тех пор, пока отверстие отверстия не достигнет максимального значения. Этот максимум получается из параметра блока максимального управляющего смещения в линейной параметризации диафрагмы или из указанных векторов данных в табличных параметризациях диафрагмы.
Отверстие по умолчанию сконфигурировано так, что оно полностью закрыто, когда смещение управляющего элемента равно нулю. Такое отверстие, когда оно представляет собой клапан, часто описывается как перекрывающее нуль. Можно, приложив смещение к элементу управления, смоделировать подстилающее отверстие, то есть частично открытое, когда оно находится в нормальном положении. Отверстие также может быть перекрыто - полностью закрыто в диапазоне перемещений управляющего элемента, проходящих за нормальное закрытое положение.
На рисунке показано отверстие отверстия - h (x) - в случаях нулевого перекрытия (I), подстилаемого (II) и перекрывающегося (III) отверстий. Смещение отверстия - hs0 - равно нулю в первом случае, больше нуля во втором и меньше нуля в третьем. Элемент управления должен перемещаться вправо от своего нормального положения (в положительном направлении вдоль оси х), чтобы перекрывающееся отверстие открылось; он должен переместиться влево от своего нормального положения для герметичного закрытия подстилающего отверстия.

Отверстие отверстия служит во время моделирования для вычисления массового расхода через отверстие. Вычисление может быть прямым отображением от отверстия к расходу или косвенным преобразованием, сначала от отверстия к площади отверстия, а затем от площади отверстия к массовому расходу. Расчет и требуемые для него данные зависят от настройки параметра блока параметризации клапана:
Linear area-opening relationship - Рассчитать площадь открытия клапана из положения регулирующего элемента и из нее получить массовый расход через клапан. Предполагается, что площадь отверстия изменяется линейно относительно положения управляющего элемента. Наклон линейного выражения определяется по параметрам блока Максимальное открытие клапана и Максимальная площадь открытия:
SMaxhMaxh,
где SLin - линейная форма открытой области, SMax - значение параметра блока «Максимальная площадь диафрагмы», hMax - значение параметра блока «Максимальное смещение регулятора». Это выражение переформулировано как кусочно-условное выражение, чтобы насытить площадь отверстия при небольшом значении утечки и обеспечить плавный переход в нормальное и рабочее положения.

Tabulated data - Area vs. opening - Рассчитать площадь открытия клапана из положения регулирующего элемента и из нее получить массовый расход через клапан. Площадь отверстия может изменяться нелинейно в зависимости от положения управляющего элемента. Взаимосвязь между этими двумя параметрами определяется табличными данными в параметрах блока «Открытие клапана» и «Открытие области»:
h),
где STab - табличная форма области отверстия, функция отверстия отверстия, h.

Tabulated data - Mass flow rate vs. opening and pressure drop - Рассчитать массовый расход непосредственно из положения регулирующего элемента и перепада давления на клапане. Взаимосвязь между тремя переменными может быть нелинейной, и она задается табличными данными в векторе открытия клапана, векторе падения давления и параметрах блока таблицы массового расхода:
),
где - табличная форма массового расхода, функция отверстия отверстия, h, и перепада давления через отверстие, Δp. Массовый расход настраивается на температуру и давление по соотношению, где start- плотность жидкости при некоторой эталонной температуре и давлении (нижний индекс Ref) или при средних значениях этих переменных в диафрагме.

Чтобы обеспечить адекватные характеристики моделирования, площадь отверстия отверстия сглаживается на двух небольших участках отверстия отверстия, один рядом с полностью закрытым состоянием, другой рядом с полностью открытым состоянием. Сглаживание осуществляется с помощью полиномиальных выражений (которые должны быть включены в конечную форму выражения открытой области):
2ΔhMax * 3,
где ƛ - коэффициент сглаживания, применяемый как минимум (нижний индекс Min) и максимум (нижний индекс Max) части выражения открытой области. Коэффициенты сглаживания рассчитываются как:
ΔhSmooth,
где hMin - минимальное отверстие отверстия, а ΔhSmooth - диапазон отверстий отверстия, по которому сглаживается линейная форма площади отверстия. Значение SMin вычисляется как:
hMaxSLeakSMax,
где SLeak - значение параметра блока области утечки. Значение SSmooth рассчитывается как:
hMin2,
где fSmooth - значение параметра блока коэффициента сглаживания - дробь между0 и 1, с 0 индикация нулевого сглаживания и 1 максимальное сглаживание. Окончательная, сглаженная, площадь отверстия определяется кусочным выражением:
< hMaxSMax, если h≥hMax.
Сглаживание площади диафрагмы

Основная цель расхода утечки закрытого отверстия состоит в том, чтобы гарантировать, что часть тепловой жидкостной сети не будет изолирована от остальной части модели. Такие изолированные части снижают численную надежность модели и могут замедлить моделирование или вызвать его сбой. Поток утечки обычно присутствует в реальных отверстиях, но в модели его точное значение менее важно, чем его небольшое число больше нуля. Скорость потока утечки определяется по параметру блока «Площадь утечки».
Предполагается, что объем жидкости внутри отверстия 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 отверстие через одно отверстие должен быть равен расходу из отверстия через другое отверстие:
где определяется как массовый расход в отверстие через отверстие, обозначенное нижним индексом (A или B).
Причины потерь давления, возникающих в отверстии, 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 выпуска, измеряющим массовый расход через отверстие относительно теоретической величины, которую оно имело бы в идеальном отверстии. Выражение баланса импульса в отверстии в терминах падения давления, вызванного в потоке:
]
где КД - коэффициент нагнетания, а δ p - коэффициент падения давления - мера эффекта, впечатляемого восстановлением давления, которое в реальных отверстиях происходит между контрактой вены (точка, в которой поток находится в самом узком месте) и выпускным отверстием, как предполагается, на небольшом расстоянии. 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. Значение коэффициента давления зависит от настройки параметра блока восстановления давления. В настройках по умолчанию Off:
1.
Если On вместо него выбирается:
) + CDSSmootSLin.
Отверстие моделируется как адиабатический компонент. Между жидкостью и окружающей ее стенкой не может происходить теплообмена. По мере прохождения текучей среды от входа до выхода никакие работы не выполняются. При этих допущениях энергия может течь только путем продвижения через порты A и B. По принципу сохранения энергии сумма потоков энергии порта всегда должна равняться нулю:
= 0,
, где λ определяется как расход энергии в отверстие через один из портов (A или B).
[1] Измерение потока текучей среды с помощью устройств для измерения перепада давления, вставленных в кольцевые каналы поперечного сечения, проходящие полностью - Часть 2: Измерительные диафрагмы (ISO 5167-2: 2003). 2003.
2-Way Направленный клапан (TL) | 3-Way Направленный клапан (TL) | 4-Way Направленный клапан (TL) | Обратный клапан (TL)