Ball Valve

Клапан с механизмом управления скользящим мячом

Библиотека:
Simscape/Жидкости/Гидравлика (изотермическая )/Клапаны/Клапаны управления потоком

Описание

Блок Ball Valve моделирует отверстие с переменной площадью открытия, управляемой механизмом скользящего мяча. Площадь открытия изменяется с относительным положением мяча - подъемника клапана. Перемещение в направлении отверстия уменьшает поток, в то время как перемещение в сторону увеличивает поток. Интерфейс между отверстием и мячом - седлом клапана - может быть Sharp-edged, показанная слева на рисунке, или Conical, показан справа.

Типы седлов шарового клапана

Площадь открытия

Лифт клапана является функцией сигнала перемещения, заданного через порт S. Эти два значения могут, но обычно не имеют одинакового значения. Подъем клапана отличается от хода всякий раз, когда параметр Ball displacement offset ненулевый:

$h (x) = x_{0} + s,$

где:

h - подъемник клапана.
x 0 является мячом смещением перемещения.
s - перемещение мяча (относительно заданного смещения).

Клапан полностью закрыт, когда подъем клапана равен нулю или меньше. Он полностью открыт, когда лифт клапана достигает или превышает (зависящее от геометрии) значение, достаточное для полного очистки отверстия. Полностью закрытый клапан имеет площадь открытия, равную заданному параметру Leakage area, в то время как полностью открытый клапан имеет максимально возможную площадь открытия. Регулировка внутренних утечек:

$A_{M a x} = π r_{O}^{2} + A_{L e a k},$

где:

A _Max является максимальной площадью открытия.
r O является радиусом отверстия.
A _Утечка - это зона внутренних утечек между портами.

При промежуточных значениях подъема клапана площадь открытия зависит от геометрии седла клапана. Если для параметра Valve seat specification задано значение Sharp-Edgedплощадь открытия как функция от подъема клапана равна:

$A (h) = π r_{O} (1 - {[\frac{r_{B}}{d_{O B}}]}^{2}) d_{O B} (h),$

где:

A - площадь открытия при заданном значении подъема клапана.
r B является радиусом мяча.
d _OB (h) - расстояние от центра мяча (точка O на рисунке) до ребра отверстия (точка B). Это расстояние является функцией подъема клапана (h).

Если для параметра Valve seat specification задано значение Conicalплощадь открытия становится:

$A (h) = π h c o s (θ) sin (θ) (d_{O B} (h) + h \sin (θ)),$

где θ - угол между конической поверхностью и осевой линией отверстия. Геометрические параметры и переменные, используемые в уравнениях, показаны на рисунке.

Конфигурации клапана

Скорость потока жидкости

Объемная скорость потока жидкости через клапан является функцией площади открытия, A(h), и перепада давления между портами клапана:

$q = C_{D} A (h) \sqrt{\frac{2}{ρ}} \frac{Δ p}{{({(Δ p)}^{2} + p_{C r}^{2})}^{1 / 4}},$

где:

C D является коэффициентом расхода потока.
ρ - плотность гидравлической жидкости.
Δp - перепад давления между портами клапана, заданный как:

$Δ p = p_{A} - p_{B},$
где p A - давление в порте A и _p B - давление в порту B.
p _Cr - это минимальное давление, необходимое для турбулентного потока.

Критическое давление p _Cr вычисляется из критического числа Рейнольдса как:

$p_{C r} = \frac{ρ}{2} {(\frac{R e_{C r} ν}{C_{D} D_{H}})}^{2},$

где:

Re _Cr является критическим числом Рейнольдса.
ν (nu) - динамическая вязкость гидравлической жидкости.
D H является гидравлическим диаметром отверстия:

$D_{H} = {\begin{array}{l} D_{H}^{M i n}, & если h \leq 0 \\ D_{H}^{M a x} + D_{H}^{M i n}, & если h \geq h_{M a x} \\ \frac{4 A}{l} + D_{H}^{M i n}, & иначе \end{array},$
в котором:
- D H^Min - минимальный гидравлический диаметр, соответствующий наименьшей достижимой площади потока, площади потока утечек.
- D H^Max - максимальный гидравлический диаметр, соответствующий наибольшей достижимой площади потока клапана в положении полностью открытого отверстия.
- l - смоченная длина периметра клапана, которая может, но не нужна, быть длиной окружности.

Предположения

Инерция жидкости принята незначительной.

Порты

Вход

расширить все

`S` - Перемещение мяча, `m`
физический сигнал

Входной порт физического сигнала для перемещения мяча.

Сохранение

расширить все

`A` - Вход в клапан
гидравлический (изотермическая жидкость)

Гидравлический порт (изотермическая жидкость), сопоставленный с входным отверстием клапана.

`B` - Выход клапана
гидравлический (изотермическая жидкость)

Гидравлический порт (изотермическая жидкость) сопоставлен с выходным отверстием клапана.

Параметры

расширить все

Вкладка « параметры»

`Valve seat specification` - Тип геометрии седла клапана
`Sharp-edged` (по умолчанию) | `Conical`

Геометрия седла клапана. Выбор геометрии влияет на характеристики открытия клапана. Смотрите описание блока для вычисления открытия клапана.

`Cone angle` - Угол между наклонными ребрами поперечного сечения сиденья
`120` град (по умолчанию) | скаляром в единицах вращения

Угол между наклонными ребрами седла в поперечном разрезе.

`Ball diameter` - Диаметр элемента управления мячом
`0.01` m (по умолчанию) | скаляром в единицах длины

Диаметр элемента управления мячом. Этот диаметр должен быть больше заданного для отверстия.

`Orifice diameter` - Диаметр отверстия в клапане
`0.005` m (по умолчанию) | скаляром в единицах длины

Диаметр отверстия клапана. Этот диаметр должен быть меньше заданного для элемента управления мячом.

`Ball displacement offset` - Нейтральное положение элемента управления мячом
`0` m (по умолчанию) | скаляром в единицах длины

Нейтральное положение элемента управления мячом. Нейтральное положение - это положение, в которое мяч возвращается, когда сигнал перемещения равен нулю. Этот параметр должен быть больше или равен нулю.

`Discharge coefficient` - Полу-эмпирический параметр для характеристики производительности клапана
`0.7` (по умолчанию) | безразмерным скаляром между 0 и 1

Отношение фактических и теоретических скоростей потока жидкости через клапан. Этот параметр зависит от геометрических свойств клапана. Значения обычно приводятся в учебниках и таблицах данных производителя.

`Leakage area` - Площадь внутренних утечек между входными отверстиями клапана
`1e-12` `m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

Общая площадь внутренних утечек в полностью закрытом состоянии. Цель этого параметра состоит в том, чтобы поддерживать вычислительную целостность гидросистемы путем предотвращения изоляции фрагмента этой сети, когда клапан полностью закрыт.

`Laminar transition specification` - Выбор параметра, используемого для определения ламинарно-турбулентного перехода
`Pressure ratio` (по умолчанию) | `Reynolds number`

Выберите параметр, на котором будет основан ламинарно-турбулентный переход. Опции включают:

Pressure ratio - Переходы потока между ламинарным и турбулентным при коэффициенте давления, заданном в параметре Laminar flow pressure ratio. Используйте эту опцию для наиболее плавных и численно устойчивых переходов потока.
Reynolds number - переход происходит при числе Рейнольдса, заданном в параметре Critical Reynolds number. Переходы потока являются более резкими и могут вызвать проблемы симуляции при почти нулевых скоростях потока жидкости.

`Laminar flow pressure ratio` - Отношение давления на ламинарно-турбулентном переходе потока
`0.999` (по умолчанию) | безразмерным скаляром между 0 и 1

Отношение давления, при котором поток переходит между ламинарным и турбулентным режимами. Отношение давления является долей давления на выходе над давлением на входе.

Зависимости

Этот параметр активен, когда параметр Laminar transition specification установлен в Reynolds number.

`Critical Reynolds number` - число Рейнольдса на ламинарно-турбулентном переходе потока
`12` (по умолчанию) | бесчисленной положительной скалярной величиной

Максимальное значение числа Рейнольдса для ламинарного течения. Этот параметр зависит от геометрического профиля отверстия. Вы можете найти рекомендации для определения значения этого параметра в учебниках гидравлики. Значение по умолчанию, 12, соответствует круглому отверстию из тонкого материала с острыми ребрами.

Зависимости

Этот параметр активен, когда параметр Laminar transition specification установлен в Reynolds number.

Вкладка Переменные

`Flow Rate` - Объемный расход жидкости через клапан в начальный момент времени
`0.001` m ^ 3/s (по умолчанию) | скалярное число в единицах объема в единицу времени

Объемная скорость потока жидкости через клапан при начальном моменте времени. Simscape™ программное обеспечение использует этот параметр, чтобы направить начальное строение компонента и модели. Начальные переменные, которые конфликтуют друг с другом или несовместимы с моделью, могут быть проигнорированы. Установите значение столбца Priority High для приоритизации этой переменной по сравнению с другими, низкоприоритетными, переменными.

`Pressure drop` - Перепад давления от порта А до порта B в начальный момент времени
`0` Pa (по умолчанию) | скалярное число в единицах измерения давления

Перепад давления между портом А и портом B в начальный момент времени. Перепад давления положителен, если давление больше в порте А, чем в порту B. Программное обеспечение Simscape использует этот параметр, чтобы направить начальное строение компонента и модели. Начальные переменные, которые конфликтуют друг с другом или несовместимы с моделью, могут быть проигнорированы. Установите значение столбца Priority High для приоритизации этой переменной по сравнению с другими, низкоприоритетными, переменными.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

См. также

Gate Valve | Needle Valve | Poppet Valve | Pressure-Compensated Flow Control Valve

Документация

Ball Valve

Описание

Площадь открытия

Скорость потока жидкости

Предположения

Порты

Вход

`S` - Перемещение мяча, `m`
физический сигнал

Сохранение

`A` - Вход в клапан
гидравлический (изотермическая жидкость)

`B` - Выход клапана
гидравлический (изотермическая жидкость)

Параметры

`Valve seat specification` - Тип геометрии седла клапана
`Sharp-edged` (по умолчанию) | `Conical`

`Cone angle` - Угол между наклонными ребрами поперечного сечения сиденья
`120` град (по умолчанию) | скаляром в единицах вращения

`Ball diameter` - Диаметр элемента управления мячом
`0.01` m (по умолчанию) | скаляром в единицах длины

`Orifice diameter` - Диаметр отверстия в клапане
`0.005` m (по умолчанию) | скаляром в единицах длины

`Ball displacement offset` - Нейтральное положение элемента управления мячом
`0` m (по умолчанию) | скаляром в единицах длины

`Discharge coefficient` - Полу-эмпирический параметр для характеристики производительности клапана
`0.7` (по умолчанию) | безразмерным скаляром между 0 и 1

`Leakage area` - Площадь внутренних утечек между входными отверстиями клапана
`1e-12` `m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

`Laminar transition specification` - Выбор параметра, используемого для определения ламинарно-турбулентного перехода
`Pressure ratio` (по умолчанию) | `Reynolds number`

`Laminar flow pressure ratio` - Отношение давления на ламинарно-турбулентном переходе потока
`0.999` (по умолчанию) | безразмерным скаляром между 0 и 1

Зависимости

`Critical Reynolds number` - число Рейнольдса на ламинарно-турбулентном переходе потока
`12` (по умолчанию) | бесчисленной положительной скалярной величиной

Зависимости

`Flow Rate` - Объемный расход жидкости через клапан в начальный момент времени
`0.001` m ^ 3/s (по умолчанию) | скалярное число в единицах объема в единицу времени

`Pressure drop` - Перепад давления от порта А до порта B в начальный момент времени
`0` Pa (по умолчанию) | скалярное число в единицах измерения давления

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Документация

Ball Valve

Описание

Площадь открытия

Скорость потока жидкости

Предположения

Порты

Вход

S - Перемещение мяча, m физический сигнал

Сохранение

A - Вход в клапан гидравлический (изотермическая жидкость)

B - Выход клапана гидравлический (изотермическая жидкость)

Параметры

Valve seat specification - Тип геометрии седла клапана Sharp-edged (по умолчанию) | Conical

Cone angle - Угол между наклонными ребрами поперечного сечения сиденья 120 град (по умолчанию) | скаляром в единицах вращения

Ball diameter - Диаметр элемента управления мячом 0.01 m (по умолчанию) | скаляром в единицах длины

Orifice diameter - Диаметр отверстия в клапане 0.005 m (по умолчанию) | скаляром в единицах длины

Ball displacement offset - Нейтральное положение элемента управления мячом 0 m (по умолчанию) | скаляром в единицах длины

Discharge coefficient - Полу-эмпирический параметр для характеристики производительности клапана 0.7 (по умолчанию) | безразмерным скаляром между 0 и 1

Leakage area - Площадь внутренних утечек между входными отверстиями клапана 1e-12 m^2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

Laminar transition specification - Выбор параметра, используемого для определения ламинарно-турбулентного перехода Pressure ratio (по умолчанию) | Reynolds number

Laminar flow pressure ratio - Отношение давления на ламинарно-турбулентном переходе потока 0.999 (по умолчанию) | безразмерным скаляром между 0 и 1

Зависимости

Critical Reynolds number - число Рейнольдса на ламинарно-турбулентном переходе потока 12 (по умолчанию) | бесчисленной положительной скалярной величиной

Зависимости

Flow Rate - Объемный расход жидкости через клапан в начальный момент времени 0.001 m ^ 3/s (по умолчанию) | скалярное число в единицах объема в единицу времени

Pressure drop - Перепад давления от порта А до порта B в начальный момент времени 0 Pa (по умолчанию) | скалярное число в единицах измерения давления

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + + Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

`S` - Перемещение мяча, `m`
физический сигнал

`A` - Вход в клапан
гидравлический (изотермическая жидкость)

`B` - Выход клапана
гидравлический (изотермическая жидкость)

`Valve seat specification` - Тип геометрии седла клапана
`Sharp-edged` (по умолчанию) | `Conical`

`Cone angle` - Угол между наклонными ребрами поперечного сечения сиденья
`120` град (по умолчанию) | скаляром в единицах вращения

`Ball diameter` - Диаметр элемента управления мячом
`0.01` m (по умолчанию) | скаляром в единицах длины

`Orifice diameter` - Диаметр отверстия в клапане
`0.005` m (по умолчанию) | скаляром в единицах длины

`Ball displacement offset` - Нейтральное положение элемента управления мячом
`0` m (по умолчанию) | скаляром в единицах длины

`Discharge coefficient` - Полу-эмпирический параметр для характеристики производительности клапана
`0.7` (по умолчанию) | безразмерным скаляром между 0 и 1

`Leakage area` - Площадь внутренних утечек между входными отверстиями клапана
`1e-12` `m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

`Laminar transition specification` - Выбор параметра, используемого для определения ламинарно-турбулентного перехода
`Pressure ratio` (по умолчанию) | `Reynolds number`

`Laminar flow pressure ratio` - Отношение давления на ламинарно-турбулентном переходе потока
`0.999` (по умолчанию) | безразмерным скаляром между 0 и 1

`Critical Reynolds number` - число Рейнольдса на ламинарно-турбулентном переходе потока
`12` (по умолчанию) | бесчисленной положительной скалярной величиной

`Flow Rate` - Объемный расход жидкости через клапан в начальный момент времени
`0.001` m ^ 3/s (по умолчанию) | скалярное число в единицах объема в единицу времени

`Pressure drop` - Перепад давления от порта А до порта B в начальный момент времени
`0` Pa (по умолчанию) | скалярное число в единицах измерения давления

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®