exponenta event banner

Регулируемая диафрагма ISO 6358 (G)

Ограничение потока переменной площади, смоделированной в соответствии со стандартом ISO 6358

  • Библиотека:
  • Simscape/Жидкости/Газ/Клапаны и диафрагмы

  • Variable Orifice ISO 6358 (G) block

Описание

Блок переменной диафрагмы ISO 6358 (G) моделирует потери давления, возникающие в газовой сети из-за чисто резистивного элемента переменного размера, такого как регулируемое ограничение потока, диафрагма или клапан, с использованием методов, описанных в стандарте ISO 6358. Эти методы используются в промышленности при измерении и представлении характеристик газового потока. Наличие данных о коэффициентах формул ISO делает параметризацию ISO полезной, когда геометрия компонента недоступна или громоздка для указания.

Параметры диафрагмы

Параметризация диафрагмы по умолчанию основана на наиболее рекомендуемых методах ISO 6358: один основан на акустической проводимости резистивного элемента в установившемся состоянии. Звуковая проводимость измеряет легкость, с которой газ может течь при дросселировании, условие, при котором скорость потока находится на теоретическом максимуме (локальная скорость звука). Дросселирование происходит, когда отношение между давлением ниже по потоку и давлением выше по потоку достигает критического значения, известного как отношение критического давления.

Остальные параметризации сформулированы в терминах альтернативных показателей пропускной способности потока: коэффициента потока (в любой из его форм, Cv или Kv) или размера ограничения потока. Коэффициент расхода измеряет легкость, с которой газ может протекать, когда приводится в действие определенным перепадом давления. Определение Cv отличается от определения Kv стандартным давлением и температурой, установленными при его измерении, и физическими единицами, используемыми в его выражении:

  • Cv измеряется при общепринятой температуре 60°F и перепад давления 1 PSI; выражается в императорских единицах US gpm. Это коэффициент расхода, используемый в модели, если для параметра блока параметризации диафрагмы задано значение Cv coefficient (USCS).

  • Kv измеряется при общепринятой температуре 15°C и перепад давления 1 bar; он выражается в метрических единицах m^3/h. Это коэффициент расхода, используемый в модели, если для параметра блока параметризации диафрагмы задано значение Kv coefficient (SI).

Для выбранного показателя пропускной способности (для которого названа параметризация диафрагмы) требуется два значения: максимальное и минимальное. Максимум соответствует клапану, открытому на полную мощность; это значение, для которого данные коэффициента часто указываются в листах технических данных клапана. Минимум соответствует закрытому герметичному клапану, когда остается только поток утечки, если таковой вообще имеется. Эта нижняя граница служит главным образом для обеспечения численной надежности модели. Его точное значение менее важно, чем его (как правило, очень маленькое) число больше нуля.

Открытие параметров

Звуковая проводимость и (в определенных настройках) коэффициент критического давления определяются при моделировании на входе в порт L. Этот вход является сигналом управления и в некоторых клапанах связан с процентом хода или подъема. Управляющий сигнал может находиться в диапазоне значений от 0 кому 1. Если задано меньшее или большее значение, оно корректируется до ближайшего из двух пределов. Другими словами, сигнал насыщается при 0 и 1.

Если параметризация диафрагмы изменена по умолчанию Sonic conductanceопределяют звуковую проводимость и отношение критических давлений как линейные функции выбранной меры пропускной способности. Эта альтернативная мера, в свою очередь, получается из управляющего сигнала. Расчеты массового расхода выполняются, как и прежде, с использованием уравнений, описанных в «Параметризации проводимости Sonic».

Преобразование из управляющего сигнала в выбранную меру пропускной способности потока зависит от параметризации открытия, выбранной в блоке. Поток всегда максимально ограничен, когда управляющий сигнал 0 и минимально так, когда управляющий сигнал 1. Однако в промежутках скорость потока, достигаемая внутри резистивного элемента, зависит от того, является ли параметризация открытия линейной или основана на табулированных данных:

  • Linear - Измерение пропускной способности (акустическая проводимость, коэффициент Cv, прочее) пропорционально управляющему сигналу на порту L. Эти два параметра изменяются в тандеме до тех пор, пока управляющий сигнал не упадет ниже 0 (поток максимально ограничен) или поднимается выше 1 (поток минимально ограничен). По мере возрастания управляющего сигнала 0 кому 1измерение пропускной способности потока масштабируется от заданного минимума до заданного максимума.

    При преобразовании в параметры параметризации акустической проводимости как отношение критического давления, так и дозвуковой индекс рассматриваются как константы, каждая из которых не зависит от управляющего сигнала.

  • Tabulated data - Измерение пропускной способности потока является табличной функцией управляющего сигнала на порте L. Эта функция основана на однонаправленной справочной таблице с управляющим сигналом, соответствующим абсциссе, и мерой пропускной способности потока для ординаты. Табличные данные должны быть указаны так, чтобы мера пропускной способности потока монотонно возрастала с сигналом управления.

    При преобразовании в параметры параметризации акустической проводимости отношение критического давления рассматривается как функция управляющего сигнала, в то время как дозвуковой индекс рассматривается как константа.

Массовый баланс

Предполагается, что объем жидкости внутри резистивного элемента и, следовательно, его масса очень мал, и для целей моделирования он игнорируется. В результате там не может накапливаться никакого количества жидкости. Таким образом, в соответствии с принципом сохранения массы массовый расход в клапан через одно отверстие должен быть равен расходу из клапана через другое отверстие:

m˙A+m˙B=0,

где определяется как массовый расход в клапан через отверстие, обозначенное нижним индексом (A или B).

Баланс импульса

Причины потерь давления, возникающих в проходах резистивного элемента, игнорируются в блоке. Независимо от их природы - внезапные изменения площади, контуры проходов - во время моделирования учитывается только их совокупный эффект. Именно этот совокупный эффект фиксирует звуковая проводимость в параметризации диафрагмы по умолчанию в модели. Если выбрана другая параметризация, коэффициенты, на которых она основана, преобразуются в параметры параметризации по умолчанию; затем выполняется расчет массового расхода, как описано в разделе Параметризация проводимости Sonic.

Параметризация акустической проводимости

В подавленном потоке массовый расход через резистивный элемент вычисляется как:

m˙ch=Cρ0pinT0Tin,

где:

  • C - звуковая проводимость внутри резистивного элемента.

  • start- плотность газа, здесь при стандартных условиях (нижний индекс 0, 1.185 kg/m^3).

  • p - абсолютное давление газа, здесь соответствующее входу (нижний индекс in).

  • T - температура газа на входе (нижний индекс in) или при стандартных условиях (0, 293.15 K).

В дозвуковом и турбулентном потоке массовый расход рассчитывается следующим образом:

m˙tur=Cρ0pinT0Tin[1− (pr bcr1 bcr) 2] м,

где:

  • pr - отношение давления ниже по потоку (pout) к давлению выше по потоку (pin) (каждый измерен против абсолютного нуля):

    pr = poutpin

  • bcr - отношение критического давления, при котором газовый поток впервые начинает подаваться.

  • m - дозвуковой индекс, эмпирический коэффициент, используемый для более точной характеристики поведения дозвуковых потоков.

В дозвуковом и ламинарном потоке расчет массового расхода изменяется на:

m˙lam=Cρ0 (pout pin1 − blam) T0Tin [1 (blam bcr1 − bcr) 2] м,

где blam - отношение критического давления, при котором поток переходит между ламинарным и турбулентным режимами. Объединение расчетов для трех режимов потока в кусочную функцию дает по всем соотношениям давлений:

m˙={m˙lam,if blam≤pr<1m˙tur,if bcr≤pr<blamm˙ch,if pr < bcr,

Преобразования в звуковую проводимость

Если параметризация диафрагмы установлена в Cv coefficient (USCS), параметры расчета массового расхода устанавливаются следующим образом:

  • Звуковая проводимость: C = 4E-8 * Cv м ^ 3/( s * Па)

  • Коэффициент критического давления: bcr = 0,3

  • Дозвуковой индекс: м = 0,5

Если Kv coefficient (SI) используется параметризация:

  • Звуковая проводимость: C = 4.78E-8 * Кв м ^ 3/( с * Па)

  • Коэффициент критического давления: bcr = 0,3

  • Дозвуковой индекс: м = 0,5

Для Restriction area параметризация:

  • Звуковая проводимость: C = 0,128 * 4 SR/δ L/( s * bar), где S - площадь потока в резистивном элементе ( нижний индексR).

  • Коэффициент критического давления: bcr = 0,41 + 0,272 (SR/SP) ^ 0,25

  • Дозвуковой индекс: m = 0.5

Энергетический баланс

Резистивный элемент 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 должна всегда равняться нулю:

/ A +/B = 0,

, где λ определяется как расход энергии в клапан через один из портов (A или B).

Порты

Вход

развернуть все

Управляющий сигнал, с помощью которого можно указать открытие (в некоторых клапанах, связанных с ударом или процентом подъема) диафрагмы. Отверстие полностью закрыто при значении 0 и полностью открыт при значении 1.

Сохранение

развернуть все

Отверстие, через которое поток может входить или выходить из сопротивления потоку. Какое из отверстий служит входом, а какое - выходом, зависит от направления потока.

Отверстие, через которое поток может входить или выходить из сопротивления потоку. Какое из отверстий служит входом, а какое - выходом, зависит от направления потока.

Параметры

развернуть все

Выбор метода ISO для использования при расчете массового расхода. Все расчеты основаны на Sonic conductance параметризация. Если выбрана другая параметризация, коэффициенты, характеризующие ее, преобразуются в звуковую проводимость, отношение критического давления и дозвуковой индекс.

Способ преобразования управляющего сигнала, заданного в порту L, в выбранную меру пропускной способности (звуковая проводимость, либо коэффициенты потока, либо область ограничения). Дополнительные сведения о параметризациях проема см. в описании блока.

Значение звуковой проводимости при значении управляющего сигнала, указанного в порту L 1. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, является максимальной. При моделировании звуковая проводимость на промежуточных управляющих сигналах (значения между 0 и 1) устанавливается линейной интерполяцией между этим значением и значением проводимости Соника при параметре потока утечки.

Значение звуковой проводимости при значении управляющего сигнала, указанного в порту L 0. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, является минимальной, при этом между отверстиями остается лишь незначительный поток утечки. Основной целью этого параметра является обеспечение численной надежности модели во время моделирования. Его точное значение менее важно, чем его очень маленькое число больше нуля.

При моделировании звуковая проводимость на промежуточных управляющих сигналах (значения между 0 и 1) устанавливается линейной интерполяцией между этим значением и значением проводимости Соника при максимальном параметре расхода.

Отношение давления, при котором поток сначала начинает задыхаться и скорость потока достигает своего максимума, определяемого локальной скоростью звука. Отношение давления представляет собой долю абсолютного давления после резистивного элемента над абсолютным давлением перед тем же компонентом.

Вектор значений управляющего сигнала, при которых задается выбранная мера пропускной способности (звуковая проводимость, либо коэффициенты потока, либо область ограничения). Управляющий сигнал ограничен 0 и 1, причем каждое значение в этом диапазоне соответствует доле открытия резистивного элемента. Чем больше значение, тем больше отверстие и (как правило) тем легче поток.

Открытые доли должны монотонно увеличиваться по вектору слева направо. Размер этого вектора должен быть таким же, как и размер выбранного показателя пропускной способности (вектор проводимости Соника, вектор коэффициента Cv (USCS) и т.д.).

Вектор звуковых проводимостей внутри резистивного элемента, причем каждая проводимость соответствует значению в параметре вектора доли открытия. Звуковые проводимости должны монотонно увеличиваться слева направо, причем большие доли открытия обычно преобразуются в большие звуковые проводимости. Размер вектора должен быть таким же, как и у вектора доли открытия.

Вектор критических соотношений давлений, при которых поток сначала дросселируется, причем каждое критическое отношение давлений соответствует значению параметра вектора доли открытия. Отношение критического давления представляет собой долю давлений ниже по потоку к давлениям выше по потоку, при которых скорость потока достигает локальной скорости звука. Размер вектора должен быть таким же, как и у вектора доли открытия.

Показатель, используемый для более точного вычисления массового расхода в дозвуковом режиме потока, как описано в ISO 6358. Этот параметр рассматривается как константа, не зависящая от доли открытия, определяемой управляющим сигналом на порте L.

Значение коэффициента расхода Cv, если управляющий сигнал, указанный в порту L, равен 1. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, является максимальной. При моделировании коэффициент расхода на промежуточных управляющих сигналах (значения между 0 и 1) устанавливают линейной интерполяцией между этим значением и значением коэффициента Cv (USCS) при параметре потока утечки.

Значение коэффициента расхода Cv, если управляющий сигнал, указанный в порту L, равен 0. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, является минимальной, при этом между отверстиями остается лишь незначительный поток утечки. Основной целью этого параметра является обеспечение численной надежности модели во время моделирования. Его точное значение менее важно, чем его очень маленькое число больше нуля.

При моделировании коэффициент расхода на промежуточных управляющих сигналах (значения между 0 и 1) устанавливается линейной интерполяцией между этим значением и значением коэффициента Cv (USCS) при максимальном параметре потока.

Вектор коэффициентов расхода Cv, выраженный в стандартных единицах США ft ^ 3 }/мин, с каждым коэффициентом, соответствующим значению в параметре вектора доли открытия. Коэффициенты потока должны монотонно увеличиваться слева направо, причем большие доли открытия обычно преобразуются в большие коэффициенты потока. Размер вектора должен быть таким же, как и у вектора доли открытия .

Значение коэффициента расхода Kv при значении управляющего сигнала, указанного в порту L 1. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, является максимальной. При моделировании коэффициент расхода на промежуточных управляющих сигналах (значения между 0 и 1) устанавливают линейной интерполяцией между этим значением и значением коэффициента Kv (SI) при параметре потока утечки.

Значение коэффициента расхода Kv при значении управляющего сигнала, указанного в порту L 0. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, является минимальной, при этом между отверстиями остается лишь незначительный поток утечки. Основной целью этого параметра является обеспечение численной надежности модели во время моделирования. Его точное значение менее важно, чем его очень маленькое число больше нуля.

При моделировании коэффициент расхода на промежуточных управляющих сигналах (значения между 0 и 1) устанавливается линейной интерполяцией между этим значением и значением коэффициента Kv (SI) при максимальном параметре потока.

Вектор коэффициентов потока Kv, выраженный в единицах SI m ^ 3/ч, причем каждый коэффициент соответствует значению в параметре вектора доли открытия. Коэффициенты потока должны монотонно увеличиваться слева направо, причем большие доли открытия обычно преобразуются в большие коэффициенты потока. Размер вектора должен быть таким же, как и у вектора доли открытия .

Коэффициент расхода, выраженный в единицах СИ м ^ 3/ч. Этот параметр измеряет легкость, с которой газ проходит через резистивный элемент, когда приводится в действие перепадом давления. Для получения информации о соответствии этих параметров см. описание блока.

Значение площади потока в точке кратчайшей апертуры, когда управляющий сигнал, указанный в порту L, равен 1. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, является максимальной. При моделировании площадь потока при промежуточных сигналах управления (значения между 0 и 1) устанавливается линейной интерполяцией между этим значением и значением области ограничения при параметре потока утечки.

Значение площади потока в точке кратчайшей апертуры, когда управляющий сигнал, указанный в порту L, равен 0. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, является минимальной, при этом между отверстиями остается лишь незначительный поток утечки. Основной целью этого параметра является обеспечение численной надежности модели во время моделирования. Его точное значение менее важно, чем его очень маленькое число больше нуля.

При моделировании площадь потока при промежуточных сигналах управления (значения между 0 и 1) устанавливается линейной интерполяцией между этим значением и значением области ограничения при параметре максимального расхода.

Вектор площадей потока, измеренных в точке кратчайшего отверстия, причем каждая площадь потока соответствует значению параметра вектора доли открытия. Площади потока должны монотонно увеличиваться слева направо, причем большие доли отверстий обычно преобразуются в большие площади потока. Размер вектора должен быть таким же, как и у вектора доли открытия.

Область по нормали к тракту потока в каждом порту. Предполагается, что порты имеют одинаковый размер. Указанная здесь площадь потока должна совпадать с площадью входных отверстий тех компонентов, к которым подключен резистивный элемент.

Отношение давлений, при котором поток переходит между ламинарным и турбулентным режимами потока. Отношение давления представляет собой долю абсолютного давления после резистивного элемента над абсолютным давлением перед тем же компонентом. Типичные значения варьируются от 0.995 кому 0.999.

Температура в стандартной эталонной атмосфере, определяемая в ISO 8778 как 293,15 К.

Плотность при стандартной эталонной атмосфере, определенная в ISO 8778 как 1,185 кг/м3.

Ссылки

[1] P. Beater, Пневматические приводы, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007.

Расширенные возможности

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

.
Представлен в R2018a