Flow Coefficient Parameterized Valve (TL)

Клапан с площадью потока, смоделированной в терминах коэффициента потока Cv или Kv

развернуть все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape/Жидкости/Тепловая жидкость/Клапаны и Отверстия

  • Flow Coefficient Parameterized Valve (TL) block

Описание

Блок Flow Coefficient Parameterized Valve (TL) моделирует характеристики потока клапана, используя коэффициент потока как средство для связи скорости потока жидкости через порты с перепадом давления через них. Параметризация коэффициента потока подходит для тех случаев, когда внутренняя геометрия клапана известна плохо или в которых коэффициент потока является предпочтительным средством характеристики клапана. Модель клапана является достаточно общей в своих предположениях, что она может быть применена к различным клапанам; ни один тип клапана в этом блоке не принимается.

Параметризация коэффициента потока

Коэффициент потока измеряет легкость, с которой жидкость, управляемая перепадом давления, течет через клапан. Это важный параметр в калибровке клапанов и удобный способ характеристики одного в модели. В этой роли это особенно полезно, поскольку оно количественно определяет в одном числе все потери, происходящие в каналах потока клапана. Коэффициент потока обычно измеряется производителем клапана и указывается в табличных данных, предоставленных для клапана.

Строго говоря, существует два коэффициента потока в общем использовании: C v и K v. Они описывают принципиально ту же величину: объемная скорость потока жидкости воды, проходящей через клапан, который был открыт до максимума и установлен на некоторые стандартные условия работы. Коэффициенты расхода различаются только температурой и перепадом давления, установленными при измерении (рабочие условия), и физическими единицами измерения, используемыми в его выражении:

  • C v измеряется при общепринятой температуре 60 °F и перепад давления 1 PSI; выражается в имперских модулях US gpm. Это коэффициент потока, используемый в модели, когда Flow coefficient specification параметров блоков установлено на Cv coefficient (USG/min) [1].

  • K v измеряется при общепринятой температуре 15 °C и перепад давления bar; выражается в метрических модулях m3/ ч. Это коэффициент потока, используемый в модели, когда Flow coefficient specification параметров блоков установлено на Kv coefficient (m^3/h). [2].

От коэффициента потока требуется два значения, максимум и минимум. Максимум соответствует клапану, открытому на полную емкость; это значение часто указывается в таблицах данных клапана. Минимум соответствует закрытому герметичному клапану, когда остается только утечка, если она вообще есть. Эта нижняя граница, накладываемая на коэффициент потока, служит, в основном, для обеспечения численной робастности модели. Его точное значение менее важно, чем то, что это (обычно очень маленькое) число, больше нуля.

Параметризация открытия клапана

Доля открытия клапана (отношение площади открытия клапана к его максимальному значению) определяется во время симуляции от входа, заданной в порте L. Этот вход является управляющим сигналом, и в некоторых клапанах он сопоставлен с штрихом или подъема. Сигнал управления может варьироваться в значении от 0 на 1. Если задано меньшее или большее значение, оно корректируется до ближайшего из двух пределов. Другими словами, сигнал насыщается на 0 и 1.

Преобразование из управляющего сигнала в долю открытия зависит от Valve opening characteristics параметризации, выбранной в блоке. Результат вычисления является тем же самым для всех параметризаций, когда сигнал управления либо 0 или 1: значение 0 в порте L всегда означает максимально (хотя и не обязательно полностью) закрытый клапан; значение 1 всегда означает максимально открытый клапан. При промежуточных значениях входные фракции различаются:

  • Linear - Доля открытия клапана (обозначенная f (L) на рисунке) равна сигналу управления в порту L. Они изменяются в паре до тех пор, пока сигнал управления не опустится ниже нуля (клапан полностью закрыт) или не поднимется выше своего максимального значения (клапан полностью открыт). Начальная дробь находится в областях значений от 0 на 1 (оператор, который не применяется ко всем параметризациям открытия клапана).

    f(L)=L.

  • Quick opening - фракция открытия клапана, f (L), является функцией степени от сигнала управления в порту L. Фракция открытия быстро увеличивается с управляющим сигналом при значениях около 0 и медленно при значениях около 1. Экспонента (α) в вычислении определяет, как изменяется скорость открытия с помощью сигнала управления. Начальная дробь находится в областях значений от 0 на 1.

    f(L)=L1α,    α>1.

  • Equal percentage - фракция открытия клапана является экспоненциальной функцией сигнала управления в порту L. Фракция открытия медленно увеличивается с управляющим сигналом при значениях около 0 и быстро при значениях около 1. Основа степени (R, диапазон клапана, отношение между максимальными и минимальными скоростями потока жидкости через порты) определяет, как изменяется скорость открытия с помощью сигнала управления. Входная дробь находится в областях значений от небольшой дроби (0.02– 0.05 для типичных значений диапазона 20– 50) к 1.

    f(L)=RL−1,    R≈20−50.

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:

m˙A+m˙B=0,

где m˙ определяется как массовый расход жидкости в клапан через порт, обозначенный нижним индексом (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. Именно этот совокупный эффект коэффициент потока клапана позволяет блоку захватывать в модели. Эти постоянные факторы в балансе импульса клапана косвенно, посредством эффективной площади открытия (S) того же:

pA−pB=m˙m˙2+m˙crρavgS2,

где:

  • p - давление в порте, обозначенном нижним индексом (A или B).

  • ρ avg является арифметикой значением плотностей жидкости в портах.

  • m˙ - массовый расход жидкости в порту.

  • m˙cr - критический массовый расход жидкости, при котором поток переключается между ламинарным и турбулентным режимами:

    m˙cr=Recrμavgπ4S,

    где Re cr - число Рейнольдса в точке перехода, и μ avg - среднее значение динамической вязкости в портах.

Эффективная площадь открытия (S) является продуктом масштабирования максимальной площади открытия клапана на долю открытия (f (L)). Расчет накладывает нижнюю границу на площадь открытия, при которой остается только утечка:

S(L)={Smaxf(L),если Smaxf(L)>SminSmin,еще,

где индексы max и min см. клапан в полностью открытом и максимально закрытом положениях; функция f (L) является дробью открытия, вычисленной из управляющего сигнала, заданного в порте L:

f(L)={L,Линейная параметризацияL1/α,Параметризация быстрого открытия RL−1,Параметризация в равных процентах ,

где α получается из параметров блоков Exponent number и R из параметра Rangeability. Максимальная площадь открытия получается путем умножения (максимального) коэффициента потока на соответствующий коэффициент преобразования:

SMax={λCCv,max,если Cv используется λKKv,max,если Kv используется ,

где:

  • λ C является коэффициентом преобразования между коэффициентом максимального расхода в имперских модулях (C v, max) и максимальной площадью открытия: 2.4015e-5 m^2.

  • λ K является коэффициентом преобразования между коэффициентом максимального расхода в единицах СИ (K v, max) и максимальной площадью открытия: 2.7765e-5 m^2.

Площадь минимального открытия в свою очередь получается путем умножения максимальной площади открытия на отношение между минимальным и максимальным коэффициентами потока:

SMin={Cv,minCv,maxSmax,если Cv используется Kv,minKv,maxSmax,если Kv используется .

Энергетический баланс

Клапан моделируется как адиабатический компонент. Между жидкостью и стенкой, которая ее окружает, не может происходить теплообмен. Никакая работа не выполняется на или жидкостью, когда она проходит от входного отверстия до выхода. При этих предположениях энергия может течь только путем авантюры, через порты А и B. По принципу сохранения энергии, сумма энергетических потоков в портах должна тогда всегда равняться нулю:

ϕA+ϕB=0,

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

Порты

Вход

расширить все

Порт, через который можно задать сигнал, который управляет открытием клапана (в некоторых типах клапана, сопоставленных с штрихом или подъема). Клапан полностью закрыт при значении 0 и полностью открыт при значении 1.

Сохранение

расширить все

Открытие, посредством которого поток может войти или выйти из сопротивления потоку. Какой из портов служит входным и какой - выходным, зависит от направления потока.

Открытие, посредством которого поток может войти или выйти из сопротивления потоку. Какой из портов служит входным и какой - выходным, зависит от направления потока.

Параметры

расширить все

Выбор коэффициента потока для задания. C v и K v различаются физическими условиями своего измерения и физическими единицами измерения их выражения. Обычно, по меньшей мере, один из них указывается в таблицах данных о продукте, предоставленных производителем. Выберите опцию, для которой доступны данные.

Коэффициент потока, выраженный в имперских модулях для клапана, открытого на полную мощность. Это значение, представленное в таблицах данных клапана, когда коэффициент C v предоставляется производителем.

Коэффициент потока, выраженный в единицах СИ для клапана, открытого на полную мощность. Это значение, представленное в таблицах данных клапана, когда коэффициент K v предоставляется производителем.

Коэффициент потока, выраженный в британских модулях для клапана, который закрыт плотно и лишен всего потока, за исключением того, что из-за внутренних утечек между портом A и портом B. Основной целью этого параметра является обеспечение численной робастности модели во время симуляции. Его точное значение менее важно, чем то, что это очень маленькое число, больше нуля.

Коэффициент потока, выраженный в единицах СИ для клапана, который плотно закрыт и лишен всего потока, за исключением того, что из-за внутренних утечек между портом A и портом B. Основной целью этого параметра является обеспечение численной робастности модели во время симуляции. Его точное значение менее важно, чем это очень маленькое число, больше нуля.

Выбор профиля открытия клапана для использования во время симуляции. Сделанный здесь выбор определяет, как управляющий сигнал, заданный в порте L, преобразуется в долю открытия клапана (и площадь открытия). Подробные сведения о параметризациях открытия см. в описании блока.

Число, на которое можно разделить экспоненту в управляющем уравнении параметризации с быстрым открытием. Используйте значение, больше 1 для истинного профиля быстрого открытия, соответствующего клапану, который быстро открывается из максимально закрытого положения, но постепенно медленнее, когда он приближается к максимально открытому положению.

Число, к которому применяется экспонента, в управляющем уравнении параметризации с равными процентами. Это число является отношением между максимальными и минимальными скоростями потока жидкости через клапан (первый, соответствующий, когда клапан максимально открыт, и второй, когда клапан максимально закрыт). Типичные значения варьируются от 20 на 50.

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 клапан.

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).

Число Рейнольдса, при котором жидкость в клапане, как ожидается, переключается между его ламинарным и турбулентным режимами течения. Переключение принято сразу: переходная область, которая обычно существует между двумя режимами течения, игнорируется.

Вкладка Переменные

Массовый расход жидкости для применения в порте A в начале симуляции. Блок использует это значение в качестве руководства при подготовке модели к симуляции. Если значение совместимо с ограничениями модели, то оно используется, чтобы сконфигурировать начальное состояние клапана. Если значение конфликтует с переменными начального состояния, заданными в других блоках, то его Priority настройка определяет, применяется ли оно точно, приблизительно или нет вообще.

Ссылки

[1] Руководство по управлению клапанами. 4 эд. Marshalltown, IA: Fisher Controls International. 2005.

[2] Поток жидкости через клапаны, подборы кривой и трубопровод. Стэмфорд, КТ: Крейн, 2010.

Расширенные возможности

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

.

См. также

| |

Введенный в R2016a

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте