Ball Valve (G)

Клапан с продольно перемещающимся мячом в качестве элемента управления

развернуть все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape/Жидкости/Газ/Клапаны и Отверстия/Регулирующие Клапаны Потока

  • Ball Valve (G) block

Описание

Блок Ball Valve (G) моделирует отверстие с поступательным мячом, который замедляет поток через клапан. В положении полностью закрытого отверстия мяч опирается на перфорированное сиденье, полностью блокируя прохождение жидкости между портами A и B. Площадь между мячом и седлом является площадью открытия клапана.

Блок поддерживает дозвуковые потоки до критического давления клапана, когда происходит дросселирование и скорость ниже по потоку от отверстия остается постоянной. Блок не поддерживает сверхзвуковой поток.

Мяч

Блок моделирует перемещение мяча, но не динамику открытия или закрытия клапана. Сигнал в порте L обеспечивает нормированное положение клапана. Общее положение шара является суммой переменного хода, полученной в порту L, L, и его начального Valve lift control offset L 0 :h(L)=L+h0, Обратите внимание, что h и L 0 являются нормированными расстояниями между 0 и 1, что указывает на полностью закрытый клапан и полностью открытый клапан, соответственно.

Численное сглаживание

Численное сглаживание может быть применено, чтобы смягчить разрывы в симуляции, когда клапан находится в почти открытом или почти закрытом положении. Полином 3-го порядка аппроксимирует положение мяча в этих областях, как показано на двух рисунках ниже:

Моделируемое положение клапана без сглаживания

Моделируемое положение клапана с сглаживанием

Площадь открытия

Площадь открытия клапана зависит от Valve seat geometry, которая может быть либо Sharp-edged или Conical. Задано Leakage area для небольших контактных зазоров между мячом и сиденьем в положении полностью закрытого отверстия. Этот параметр также поддерживает непрерывность в потоке для эффективности решателя.

Типы седлов шарового клапана

Площадь открытия для сиденья с острыми краями:

S=2πROOC[1−(RBOC)2]+SLeak,

где:

  • R 0 является радиусом отверстия.

  • d - расстояние между центром отверстия и ребром отверстия.

  • R B является радиусом мяча.

  • A Утечка - это Leakage area.

Площадь открытия конического сиденья:

S=2πRBhρsin(θ)+πh2ρ2sin(θ)sin(θ2)+SLeak,

где:

  • h max - это максимальное расстояние между мячами и седлом клапана.

  • h - положение мяча.

  • θ является Cone angle.

Параметризация клапана

Существуют четыре опции параметризации клапана для вычисления массового расхода жидкости клапана:

  • Проводимость звука

  • Коэффициент потока C v

  • Коэффициент потока K v

  • Вычислите из геометрии

Проводимость звука

Массовый расход жидкости зависит от площади открытия и проводимости звука клапана. Проводимость звука является свойством отверстия, которое характеризует переход потока между дозвуковым и сверхзвуковым режимами. Когда Valve parameterization установлено на Sonic conductanceПроводимость звука рассматривается как линейно пропорциональное площади открытия:

C(S)=SSMaxCMax,

где

  • C - проводимость звука.

  • C Max - это Sonic conductance at maximum flow. Для шаровых клапанов в физической системе это значение обычно указывается в спецификациях производителя.

  • S Max является максимальной площадью открытия клапана, рассчитанной из Orifice diameter и Leakage area.

Коэффициенты Потока

Если проводимость звука не известна, массовый расход жидкости может быть вычислен из:

  • Коэффициент потока, C v. Этот коэффициент задан для модулей измерения имперской системы .

    Проводимость звука вычисляется из параметра Cv coefficient (USCS) at maximum flow как:

    C=(4×10−8Cv)m3/(s Pa),

  • Коэффициент потока, K v. Этот коэффициент задан для модулей СИ.

    Проводимость звука вычисляется из параметра Kv coefficient (SI) at maximum flow как:

    C=(4.758×10−8Kv)m3/(s Pa),

Вычисление из геометрии

При этой параметризации проводимость звука вычисляется из геометрии открытия клапана, основываясь на формулировках площади, A, в площадь открытия выше. Проводимость звука вычисляется из геометрии как:

C=0.512Aπ.

Массовый расход жидкости

Непрерывность

Масса жидкости, протекающая через клапан, сохранена:

m˙A+m˙B=0.

Дроссельный поток

Когда поток подавлен, массовый расход жидкости является функцией проводимости звука, C и давления и температуры входного отверстия клапана:

m˙ch=Cρ0pinT0Tin,

где:

  • ρ 0 является газовой Reference density.

  • p - давление на входе.

  • T 0 является газовой Reference temperature.

  • T - температура на входе.

Дозвуковой турбулентный поток

Когда поток находится в турбулентном дозвуковом режиме, массовый расход жидкости:

m˙tur=Cρ0pinT0Tin[1−(pr−bcr1−bcr)2]m,

где:

  • p r - отношение давления на входе и выходе:Pr=poutpin.

  • b cr является Critical pressure ratio для дроссельного потока. Когда Valve parameterization установлено на Cv coefficient (USCS) или Kv coefficient (SI)b cr составляет 0,3.

  • m - Subsonic index, эмпирическая константа, которая характеризует дозвуковые потоки. Когда Valve parameterization установлено на Cv coefficient (USCS) или Kv coefficient (SI), m равно 0,5.

Дозвуковое ламинарное течение

Когда поток находится в ламинарном дозвуковом режиме, массовый расход жидкости:

m˙lam=Cρ0pin[1−pr1−blam]T0Tin[1−(blam−bcr1−bcr)2]m

где b lam, Laminar flow pressure ratio, является отношением давления, связанным с переходом потока от ламинарного к турбулентному режиму .

Энергетический баланс

Клапан адиабатический:

ϕA+ϕB=0,

где ϕ - энергетическая скорость потока жидкости. Соглашение о знаке положительно для энергетических потоков в клапан.

Порты

Сохранение

расширить все

Входная или выходная точка клапана.

Входная или выходная точка клапана.

Вход

расширить все

Нормированное перемещение мяча. Положение мяча, которое не содержит никакого начального смещения клапана, нормировано максимальным расстоянием открытия. Значение 0 указывает на полностью закрытый клапан, а значение 1 указывает на полностью открытый клапан.

Параметры

расширить все

Геометрия сиденья мяча. Этот параметр определяет площадь открытия клапана.

Угол, образованный уклоном конического седла относительно его осевой линии.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Valve seat specification равным Conical.

Диаметр элемента управления мячом.

Диаметр постоянного отверстия клапана. Для конической геометрии, диаметр корня сиденья.

Начальное расстояние между мячом и сиденьем. Текущее положение мяча вычисляется во время симуляции как сумма этого смещения и управляющего сигнала, заданного в порте L. Клапан частично открыт в своем нормальном положении, когда смещение является дробью между 0 и 1.

Параметризация открытия клапана. Массовый расход жидкости через клапан вычисляется с помощью проводимости звука, представленной в Sonic conductance, или вычисляется из геометрии клапана в Compute from geometry или коэффициенты потока C v в Cv coefficient (USCS), K v в Kv coefficient (SI).

Характеристика клапана, на которую влияют площадь открытия и отношение давления на входе и выходе, на максимальной скорости потока жидкости через клапан. Проводимость звука определяется как отношение массового расхода жидкости через клапан к продукту давления и плотности перед входным отверстием клапана. Этот параметр часто упоминается в литературе как C-значение. Это значение обычно указывается производителями в технических таблицах данных.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Valve parameterization равным Sonic conductance.

Отношение давления ниже по потоку к давлению выше по потоку, которое приводит к дроссельному потоку в клапане. Этот параметр часто упоминается в литературе как b-значение.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Valve parameterization равным Sonic conductance.

Эмпирическое значение, которое характеризует дозвуковые потоки. Этот параметр иногда упоминается как m-индекс. Компоненты с фиксированными путями, такими как клапан, имеют дозвуковой индекс приблизительно 0.5.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Valve parameterization равным Sonic conductance.

Коэффициент расхода полностью открытого клапана, сформулированный для традиционных модулей измерения США. Это значение обычно указывается производителями в технических таблицах данных.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Valve parameterization равным Cv coefficient (USCS).

Коэффициент расхода полностью открытого клапана, сформулированный для модулей СИ. Это значение обычно указывается производителями в технических таблицах данных.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Valve parameterization равным Kv coefficient (SI).

Сумма всех зазоров, когда клапан находится в положении полностью закрытого отверстия. Любая площадь, меньшая этого значения, насыщается до заданной площади утечек. Это способствует численной устойчивости путем поддержания непрерывности в потоке.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Valve parameterization равным Opening area.

Площадь , перпендикулярная линии потока в портах клапана. Порты приняты одинаковыми в размере.

Отношение давления ниже по потоку к давлению выше по потоку, когда режим течения переходит от ламинарного к турбулентному. Типичные значения варьируются от 0.995 на 0.999.

Температура в стандартной ссылке, заданная как 293,15 K в ISO 8778.

Плотность в стандартной ссылке, заданная как 1,185 кг/м3 в ISO 8778.

Представляет слой постепенного изменения отклика потока, когда клапан находится в почти открытом или почти закрытом положении. Установите это значение ненулевым значением меньше единицы, чтобы увеличить стабильность вашей симуляции в этих режимах.

Расширенные возможности

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

.

См. также

|

Введенный в R2018b

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте