Check Valve (TL)

Клапан для предотвращения потока, направленного против предполагаемого направления

Библиотека:
Simscape/Жидкости/Тепловая жидкость/Клапаны и Отверстия/Регулирующие Клапаны

Описание

Блок Check Valve (TL) моделирует характеристики открытия пропорционального клапана, который принудительно закрывается, когда различие давления между его портами изменяется назад (или, точнее, падает ниже порога, известного как давления открытия). Обратные клапаны распространены в устройствах предотвращения обратного потока, таких как используемые в сетях водоснабжения общего пользования, где загрязненная вода после водной магистрали не должна возвращаться в восходящем направлении. В блоке не принят специальный механизм перекрытия клапана - будь то мяч, диск, диафрагма или другой. Допустимое направление потока всегда от порта A до порта B.

Y-образный запорный клапан с частично убранным поршнем управления поршневого типа

Клапан открывается, когда перепад давления на нем повышается выше давления открытия, заданного в блоке. Площадь открытия линейно увеличивается с давлением, за исключением двух небольших интервалов давления около полностью открытых и положений полностью закрытого отверстия (над которым применяется нелинейное сглаживание с целью удаления численных разрывов). Когда перепад давления достигает максимального значения, заданного в блоке, клапан полностью открыт и его площади открытия больше не увеличений давлением. Скорость потока жидкости через клапан никогда не является действительно нулем, так как небольшая площадь утечек остается, когда давление падает ниже давления открытия.

Площадь открытия клапана

(Сглаженная) площадь открытия клапана сначала вычисляется как линейная функция давления, либо на входе клапана (порт A), либо перепад между ними на входе и на выходе (порт B). Какие из этих давлений, называемых управляющими давлениями, в вычислениях площади зависят от настройки Pressure specification method параметров блоков:

$p_{Control} = {\begin{array}{l} p_{A}, & Давление в порте А метод \\ p_{A} - p_{B}, & Метод перепада давления \end{array},$

где p - давление; индекса Control указывает значение, которое будет использоваться при определении площади открытия клапана. Индексы A и B обозначает тепловые гидравлические порты, при которых получаются давления. Давления в портах всегда заданы как абсолютные давления. Давления открытия, при котором площадь открытия минимальна, точно так же определяются:

$p_{Crack} = {\begin{array}{l} p_{Crack,G} + p_{Atm}, & Давление в порте А метод \\ Δ p_{Crack}, & Метод перепада давления \end{array},$

где индекса Crack указывает, что клапан просто растрескивается, индекс G значение манометра и нижний индекс Atm стандартное значение атмосферы. Значение p _Crack, G получается из параметра Cracking pressure (gauge) блока; Трещина _Δp полученная из параметра блока Cracking pressure differential. Максимальное давление, при котором площадь открытия является самой большой, составляет:

$p_{Max} = {\begin{array}{l} p_{Max,G} + p_{Atm}, & Давление в порте А метод \\ Δ p_{Max}, & Метод перепада давления \end{array},$

где subscript Max обозначает максимальное давление (полученное в виде манометра). Значение p _Max, G получается из параметра Maximum opening pressure (gauge) блока; что из _Δp Max получается из параметра Maximum opening pressure differential блока. Управление, растрескивание и максимальные давления дают для линейной формы площади открытия клапана:

$S_{Lin} = \frac{S_{Max} - S_{Crack}}{p_{Max} - p_{Crack}} (p_{Ctl} - p_{Crack}) + S_{Crack},$

где S обозначает (линейную) площадь открытия. Площадь открытия при растрескивании равна малому значению, заданному в Leakage area параметров блоков. Основной целью этого параметра является обеспечение численной робастности модели путем обеспечения того, чтобы ни один фрагмент тепловой гидравлической сети не стала полностью изолированной во время симуляции.

Площадь открытия клапана как линейная функция давления

Leakage area

Основная цель области утечек закрытого клапана состоит в том, чтобы гарантировать, что ни в коем случае фрагмент гидравлической сети не будет изолируем от остальной части модели. Такие изолированные фрагменты уменьшают числовую робастность модели и могут замедлить симуляцию или вызвать ее неудачу. Утечки обычно присутствуют в незначительных количествах в реальных клапанах, но в модели их точное значение менее важно, чем это небольшое число, больше нуля. Площадь утечек получается из параметров блоков того же имени.

Сглаживание площади открытия

Для обеспечения достаточной эффективности симуляции площадь открытия клапана сглаживается на двух небольших интервалах давления вблизи заданного открытия и максимального давления. Сглаживание осуществляется с помощью полиномиальных выражений (для включения в окончательную форму площади открытия выражения):

$λ_{Crack} = 3 γ_{Трещина}^{2} - 2 γ_{Трещина}^{3} и λ_{Max} = 3 γ_{Max}^{2} - 2 γ_{Max}^{3},$

где ƛ - коэффициент сглаживания, применяемый при крекинге (нижний индекс Crack) и максимум (индекс Max) фрагменты выражения площади поверхности. Коэффициент сглаживания вычисляется из нормализованных различий давления γ:

$γ_{Crack} = \frac{p_{Control} - p_{Crack}}{Δ p_{Smooth}} и p_{Max} = \frac{p_{Crack} - (p_{Max} - Δ p_{Smooth})}{Δ p_{Smooth}},$

где Δp _{Сглаживать} - это область сглаживания давления:

$Δ p_{Smooth} = f_{Smooth} \frac{p_{Max} - p_{Crack}}{2} .$

Параметр f _Smooth является значением между 0 и 1 получен из Smoothing factor параметров блоков. Конечная, сглаженная, площадь открытия клапана задается условным выражением:

$S_{Smooth} = {\begin{array}{l} S_{Crack}, & если p_{Control} \leq p_{Crack} \\ S_{Crack} (1 - λ_{Crack}) + S λ_{Crack}, & если p_{Control} \leq p_{Crack} + Δ p_{Smooth} \\ S_{Lin}, & если p_{Control} \leq p_{Max} - Δ p_{Smooth} \\ S_{Lin} (1 - λ_{Max}) + S_{Max} λ_{Max}, & если p_{Control} \leq p_{Max} \\ S_{Max}, & если p_{Control} \geq p_{Max} \end{array} .$

Баланс массы

Объем жидкости в клапане, и, следовательно, его масса, приняты, очень маленькими, и это, для моделирования целей, проигнорировано. В результате никакое количество жидкости не может накопиться там. По принципу сохранения массы массовый расход жидкости в клапан через один порт должен равняться расходу из клапана через другой порт:

${\dot{m}}_{A} + {\dot{m}}_{B} = 0,$

где $\dot{m}$ определяется как массовый расход жидкости в клапан через один из портов (A или B).

Баланс импульса

Причины падения давления, происходящих в каналах клапана, проигнорированы в блоке. Безотносительно их характера - внезапных изменений сечения, искривлений линии потока - только их совокупный эффект рассматривается во время симуляции. Этот эффект получен в блоке коэффициентом расхода, мерой массового расхода жидкости через клапан относительно теоретического значения, которое это имело бы в идеальном клапане. Выражение баланса импульса в клапане с точки зрения перепада давления вызвало в потоке:

$p_{A} - p_{B} = \frac{{\dot{m}}_{В среднем} \sqrt{{\dot{m}}_{В среднем}^{2} + {\dot{m}}_{Критика}^{2}}}{2 ρ_{Avg} C_{D} S_{Гладкий}^{2}} [1 - {(\frac{S_{Smooth}}{S_{Lin}})}^{2}] ξ_{p},$

где C D - коэффициент расхода, а _ξ p - коэффициент перепада давления - мера степени, в которой восстановление давления на выходе способствует общему перепаду давления в клапане. Нижний индекс Avg обозначает средние значения в тепловые гидравлические порты. Критический массовый расход жидкости ${\dot{m}}_{Crit}$ вычисляется из критического числа Рейнольдса - того, при котором поток в отверстии принимается равным переходом от ламинарного к турбулентному:

${\dot{m}}_{Crit} = {Re}_{Критика} μ_{Avg} \sqrt{\frac{π}{4} S_{Lin}},$

где μ обозначает динамическую вязкость. Коэффициент перепада давления вычисляется как:

$ξ_{p} = \frac{\sqrt{1 - {(\frac{S_{Smooth}}{S_{Lin}})}^{2} (1 - C_{D}^{2})} - C_{D} \frac{S_{Smooth}}{S_{Lin}}}{\sqrt{1 - {(\frac{S_{Smooth}}{S_{Lin}})}^{2} (1 - C_{D}^{2})} + C_{D} \frac{S_{Smooth}}{S_{Lin}}} .$

Энергетический баланс

Клапан моделируется как адиабатический компонент. Между жидкостью и стенкой клапана не может происходить теплообмен. Никакая работа не выполняется на или жидкостью, когда она пересекает клапан. С помощью этих предположений энергия может войти и выйти из клапана только по рекомендации, через порты A и B. По принципу сохранения энергии тогда сумма энергетических потоков через порты должна всегда равняться нулю:

$ϕ_{A} + ϕ_{B} = 0,$

где ϕ определяется как скорость потока жидкости энергии в клапан через один из портов (A или B).

Порты

Сохранение

расширить все

`A` - Вход в клапан
тепловая жидкость

Открытие, посредством которого поток может войти в клапан.

`B` - Выход клапана
тепловая жидкость

Открытие, посредством которого поток может выйти из клапана.

Параметры

расширить все

`Pressure control specification` - Выбор давления для использования в расчетах блоков
`Pressure at port A` (по умолчанию) | `Pressure differential`

Выбор давления для использования в расчетах блоков. Настройка по умолчанию соответствует абсолютному давлению во входном отверстии клапана (порт A). Альтернативная установка соответствует перепаду давления от входного отверстия (A) до выхода (B).

`Cracking pressure (gauge)` - Абсолютное давление, при котором клапан начинает открываться
`0.1 MPa` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах давления

Абсолютное давление в порте A при котором клапан начинает открываться. Площадь открытия клапана насыщается значением Leakage area параметров блоков, когда давление в порте A на или ниже заданного здесь значения.

Зависимости

Этот параметр активен, когда Pressure control specification параметров блоков установлено на Pressure at port A.

`Maximum opening pressure (gauge)` - Абсолютное давление, при котором клапан полностью открыт
`0.2 MPa` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах давления

Абсолютное давление в порте A при котором клапан полностью открыт. Площадь открытия клапана насыщается значением, заданным в Maximum opening area параметров блоков когда давление в порте A на или выше заданного здесь значения.

Зависимости

Этот параметр активен, когда Pressure control specification параметров блоков установлено на Pressure at port A.

`Cracking pressure differential` - Перепад давления от порта А до порта B, при котором клапан начинает открываться
`0.1 MPa` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах давления

Перепад давления от порта А до порта B, при котором клапан начинает открываться. Площадь открытия клапана насыщается значением Leakage area параметров блоков, когда перепад давления на или ниже заданного здесь значения.

Зависимости

Этот параметр активен, когда Pressure control specification параметров блоков установлено на Pressure differential.

`Maximum opening pressure differential` - Перепад давления от порта А до порта B, при котором клапан полностью открыт
`0.2 MPa` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах давления

Перепад давления от порта А до порта B, при котором клапан полностью открыт. Площадь открытия клапана насыщается значением, заданным в Maximum opening area параметров блоков когда перепад давления на или выше заданного здесь значения.

Зависимости

Этот параметр активен, когда Pressure control specification параметров блоков установлено на Pressure differential.

`Maximum opening area` - Площадь открытия клапана в положении полностью открытого отверстия
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

Площадь открытия клапана в положении полностью открытого отверстия. Клапан полностью открыт, если перепад давления от порта A до порта B равен или больше, чем заданный Maximum opening pressure параметров блоков.

`Leakage area` - Площадь открытия клапана в максимально закрытом положении
`1e-10 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

Площадь открытия клапана в положении полностью закрытого отверстия, когда остается только внутренние утечки между его портами. Этот параметр служит, в основном, чтобы гарантировать, что закрытие клапана не заставляет фрагменты тепловой гидравлической сети становиться изолированными. Точное значение, заданное здесь, менее важно, чем то, что это небольшое число, больше нуля.

`Smoothing factor` - Измерение величины сглаживания для применения к функции площади открытия
`0.01` (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

Мера величины сглаживания для применения к функции площади открытия. Этот параметр определяет ширины областей, которые будут сглаживаться, один из которых находится в положении полностью открытого отверстия, другой - в положении полностью закрытого отверстия. Сглаживание накладывает на линейную функцию площади открытия два нелинейных сегмента, по одному для каждой области сглаживания. Чем больше заданное значение, тем больше сглаживание и тем шире нелинейные сегменты.

`Cross-sectional area at ports A and B` - Площадь потока в тепловых гидравлических портах
`0.01 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

Площадь , перпендикулярная линии потока для каждого порта. Порты приняты равными в размере. Площадь потока, заданная здесь, должна совпадать с площадями входных отверстий тех компонентов, с которыми соединяется отверстие.

`Characteristic longitudinal length` - Измерение длины пути потока через клапан
`0.1` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах измерения длины

Среднее расстояние, пройденное жидкостью, когда она перемещается от входного отверстия до выхода. Это расстояние используется в вычислении внутренней тепловой проводимости, которая происходит между этими двумя портами (как часть сглаженного вихря энергетической схемы, используемой в тепловой гидравлической области).

`Discharge coefficient` - Эмпирический коэффициент, заданный как отношение фактического массового расхода к идеальному
`0.7` (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

Отношение фактической скорости потока жидкости через клапан к теоретическому значению, которое это имело бы в идеальном клапане. Этот полу-эмпирический параметр измеряет поток, пропускаемый через клапан: чем больше его значение, тем больше скорость потока жидкости. Этот параметр см. в листе данных клапана, если он доступен.

`Critical Reynolds number` - число Рейнольдса на контуре между режимами ламинарного и турбулентного течения
`12` (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

Число Рейнольдса, при котором поток переходит между ламинарным и турбулентным режимами.

Переменные

`Mass flow rate into port A` - Цель начального состояния для массового расхода клапана
очищено (по умолчанию) | проверено

Желаемый массовый расход жидкости в клапан через порт А в начале симуляции. Этот параметр служит начальной целью состояния, руководством, используемым Simscape в сборке начального строения модели. Насколько близко достигается цель, зависит от ограничений, накладываемых оставшейся частью модели, и от заданного уровня приоритета.

Расширенные возможности

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

См. также

2-Way Directional Valve (TL) | 3-Way Directional Valve (TL) | 4-Way Directional Valve (TL) | Variable Area Orifice (TL)

Введенный в R2016a

Документация

Check Valve (TL)

Описание

Площадь открытия клапана

Сглаживание площади открытия

Баланс массы

Баланс импульса

Энергетический баланс

Порты

Сохранение

`A` - Вход в клапан
тепловая жидкость

`B` - Выход клапана
тепловая жидкость

Параметры

`Pressure control specification` - Выбор давления для использования в расчетах блоков
`Pressure at port A` (по умолчанию) | `Pressure differential`

`Cracking pressure (gauge)` - Абсолютное давление, при котором клапан начинает открываться
`0.1 MPa` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах давления

Зависимости

`Maximum opening pressure (gauge)` - Абсолютное давление, при котором клапан полностью открыт
`0.2 MPa` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах давления

Зависимости

Зависимости

Зависимости

`Maximum opening area` - Площадь открытия клапана в положении полностью открытого отверстия
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

`Leakage area` - Площадь открытия клапана в максимально закрытом положении
`1e-10 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

`Smoothing factor` - Измерение величины сглаживания для применения к функции площади открытия
`0.01` (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

`Cross-sectional area at ports A and B` - Площадь потока в тепловых гидравлических портах
`0.01 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

`Characteristic longitudinal length` - Измерение длины пути потока через клапан
`0.1` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах измерения длины

`Discharge coefficient` - Эмпирический коэффициент, заданный как отношение фактического массового расхода к идеальному
`0.7` (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

`Critical Reynolds number` - число Рейнольдса на контуре между режимами ламинарного и турбулентного течения
`12` (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

`Mass flow rate into port A` - Цель начального состояния для массового расхода клапана
очищено (по умолчанию) | проверено

Расширенные возможности

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

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Документация

Check Valve (TL)

Описание

Площадь открытия клапана

Сглаживание площади открытия

Баланс массы

Баланс импульса

Энергетический баланс

Порты

Сохранение

A - Вход в клапан тепловая жидкость

B - Выход клапана тепловая жидкость

Параметры

Pressure control specification - Выбор давления для использования в расчетах блоков Pressure at port A (по умолчанию) | Pressure differential

Cracking pressure (gauge) - Абсолютное давление, при котором клапан начинает открываться 0.1 MPa (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах давления

Зависимости

Maximum opening pressure (gauge) - Абсолютное давление, при котором клапан полностью открыт 0.2 MPa (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах давления

Зависимости

Зависимости

Зависимости

Maximum opening area - Площадь открытия клапана в положении полностью открытого отверстия 1e-4 m^2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

Leakage area - Площадь открытия клапана в максимально закрытом положении 1e-10 m^2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

Smoothing factor - Измерение величины сглаживания для применения к функции площади открытия 0.01 (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

Cross-sectional area at ports A and B - Площадь потока в тепловых гидравлических портах 0.01 m (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

Characteristic longitudinal length - Измерение длины пути потока через клапан 0.1 (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах измерения длины

Discharge coefficient - Эмпирический коэффициент, заданный как отношение фактического массового расхода к идеальному 0.7 (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

Critical Reynolds number - число Рейнольдса на контуре между режимами ламинарного и турбулентного течения 12 (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

Mass flow rate into port A - Цель начального состояния для массового расхода клапана очищено (по умолчанию) | проверено

Расширенные возможности

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

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

`A` - Вход в клапан
тепловая жидкость

`B` - Выход клапана
тепловая жидкость

`Pressure control specification` - Выбор давления для использования в расчетах блоков
`Pressure at port A` (по умолчанию) | `Pressure differential`

`Cracking pressure (gauge)` - Абсолютное давление, при котором клапан начинает открываться
`0.1 MPa` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах давления

`Maximum opening pressure (gauge)` - Абсолютное давление, при котором клапан полностью открыт
`0.2 MPa` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах давления

`Maximum opening area` - Площадь открытия клапана в положении полностью открытого отверстия
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

`Leakage area` - Площадь открытия клапана в максимально закрытом положении
`1e-10 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

`Smoothing factor` - Измерение величины сглаживания для применения к функции площади открытия
`0.01` (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

`Cross-sectional area at ports A and B` - Площадь потока в тепловых гидравлических портах
`0.01 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

`Characteristic longitudinal length` - Измерение длины пути потока через клапан
`0.1` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах измерения длины

`Discharge coefficient` - Эмпирический коэффициент, заданный как отношение фактического массового расхода к идеальному
`0.7` (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

`Critical Reynolds number` - число Рейнольдса на контуре между режимами ламинарного и турбулентного течения
`12` (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

`Mass flow rate into port A` - Цель начального состояния для массового расхода клапана
очищено (по умолчанию) | проверено

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