Gate Valve (TL)

Клапан управления потоком, приводимый в действие поперечным движением кольцевого затвора

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

Описание

Блок Gate Valve (TL) представляет собой регулирующий поток клапан с круглым открытием и кольцевым затвором. Затвор движется в направлении, ортогональном потоку жидкости. Отверстие и затвор равны в диаметре. Рисунок показывает схему клапана затвора в трех различных положениях - закрытом, частично открытом и полностью открытом.

Литник Клапана в разных положениях

Функция сглаживания позволяет площади открытия клапана плавно изменяться между полностью закрытым и полностью открытым положениями. Функция сглаживания делает это путем удаления внезапных изменений площади открытия в нулевом и максимальном положениях мяча. Рисунок показывает эффект сглаживания на кривой площади открытия клапана.

Сглаживание кривой площади открытия

Площадь открытия клапана

Блок вычисляет площадь открытия клапана непосредственно из параметров геометрии клапана с помощью выражения

$A = \frac{π d_{0}^{2}}{4} - A_{C o v e r e d},$

где:

A - площадь открытия клапана.
d 0 является диаметром отверстия клапана.
A _{Покрытая} - фрагмент площади постоянного отверстия клапана, покрытая затвором:

$A_{C o v e r e d} = \frac{d_{0}^{2}}{2} acos (\frac{Δ l}{d_{0}}) - \frac{Δ l}{2} \sqrt{d_{0}^{2} - {(Δ l)}^{2}}$
Δl - чистое перемещение центра затвора относительно центра отверстия.

$Δ l = {\begin{array}{l} 0, & (x_{0} + S_{d}) \leq 0 \\ d_{0}, & (x_{0} + S_{d}) \geq d_{0} \\ (x_{0} + S), & Еще \end{array},$
x 0 является Gate displacement offset, заданной в диалоговом окне блока.
S d - перемещение затвора, заданное через входной порт физического сигнала S.

Выражения открытия клапана вносят нежелательные разрывы в полностью открытом и полностью закрытом положениях. Блок устраняет эти разрывы с помощью полиномиальных выражений, которые сглаживают переходы в полностью открытые и положения полностью закрытого отверстия и из них. Выражения сглаживания клапана

$λ_{L} = 3 {\bar{Δ l}}_{L}^{2} - 2 {\bar{Δ l}}_{L}^{3}$

$λ_{R} = 3 {\bar{Δ l}}_{R}^{2} - 2 {\bar{Δ l}}_{R}^{3}$

где:

${\bar{Δ l}}_{L} = \frac{Δ l}{Δ l_{s m o o t h}}$

${\bar{Δ l}}_{R} = \frac{Δ l - (d_{0} - Δ l_{s m o o t h})}{d_{0} - (d_{0} - Δ l_{s m o o t h})} .$

В уравнениях:

λ L является выражением сглаживания для полностью закрытой фрагмента кривой открытия клапана .
λ R является выражением сглаживания, примененным к полностью открытому фрагменту кривой открытия клапана.
Δl _{гладким} является область сглаживания хода затвора:

$Δ l_{s m o o t h} = f_{s m o o t h} \frac{d_{0}}{2},$
где f _smooth является коэффициентом сглаживания от 0 до 1.

Сглаженная площадь открытия клапана задается кусочно-условным выражением

$S_{R} = {\begin{array}{l} S_{L e a k}, & Δ l \leq 0 \\ S_{L e a k} (1 - λ_{L}) + (A + S_{L e a k}) λ_{L}, & Δ l < Δ l_{s m o o t h} \\ A + S_{L e a k}, & Δ l \leq d_{0} - Δ l_{s m o o t h} \\ (A + S_{L e a k}) (1 - λ_{R}) + (S_{L e a k} + S_{M a x}) λ_{R}, & Δ l < d_{0} \\ S_{L e a k} + S_{M a x}, & Δ l \geq d_{0} \end{array},$

где:

S R является площадью открытия сглаженного клапана.
S _Утечка - это площадь утечек клапана.
S _Max является максимальной площадью открытия клапана:

$S_{M a x} = \frac{π d_{0}^{2}}{4} .$

Баланс массы

Уравнение сохранения массы в клапане

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

где:

${\dot{m}}_{A}$ - массовый расход жидкости в клапан через порт А.
${\dot{m}}_{B}$ - массовый расход жидкости в клапан через порт B.

Энергетический баланс

Уравнение сохранения энергии в клапане

$ϕ_{A} + ϕ_{B} = 0,$

где:

ϕ A - это расход энергии в клапан через порт A.
ϕ B - это расход энергии в клапан через порт B.

Баланс импульса

Уравнение сохранения импульса в клапане

$p_{A} - p_{B} = \frac{\dot{m} \sqrt{{\dot{m}}^{2} + {\dot{m}}_{c r}^{2}}}{2 ρ_{A v g} C_{d}^{2} S^{2}} [1 - {(\frac{S_{R}}{S})}^{2}] P R_{L o s s},$

где:

p A и _p B - это давления в портах А и B.
$\dot{m}$ - массовый расход жидкости.
${\dot{m}}_{c r}$ - критический массовый расход жидкости:

${\dot{m}}_{c r} = {Re}_{c r} μ_{A v g} \sqrt{\frac{π}{4} S_{R}} .$
ρ _Avg - средняя плотность жидкости.
C d - коэффициент расхода.
S - площадь входного отверстия клапана.
PR _Loss - это отношение давления:

$P R_{L o s s} = \frac{\sqrt{1 - {(S_{R} / S)}^{2} (1 - C_{d}^{2})} - C_{d} (S_{R} / S)}{\sqrt{1 - {(S_{R} / S)}^{2} (1 - C_{d}^{2})} + C_{d} (S_{R} / S)} .$

Порты

A - Порт терможидкости, представляющий входное отверстие А клапана
B - Порт терможидкости, представляющий вход в клапан B
S - Входной порт физического сигнала для перемещения органа управления

Параметры

Вкладка « параметры»

Orifice diameter: Диаметр площади потока клапана в положении полностью открытого отверстия. Значение по умолчанию 7e-3 м.
Gate displacement offset: Смещение затвора от нулевого положения. Текущее перемещение затвора является суммой смещения затвора и входного сигнала S. Значение по умолчанию 0 м.

Leakage area: Совокупная площадь всех утечек жидкости в клапане. Площадь утечек помогает предотвратить числовые проблемы из-за изолированных участков гидросистемы. Для численной робастности установите этот параметр ненулевое значение. Значение по умолчанию 1e-12.

Smoothing factor: Фрагмент кривой площади открытия для сглаживания, выраженная как дробь. Сглаживание устраняет разрывы в минимальном и максимальном положениях клапана расхода. Коэффициент сглаживания должен быть между 0 и 1. Введите значение 0 для нулевого сглаживания. Введите значение 1 для сглаживания по полной кривой. Значение по умолчанию 0.01.
Cross-sectional area at ports A and B: Площадь потока в входных отверстиях клапана. Входные отверстия приняты равными в размере. Значение по умолчанию 0.01 м ^ 2.

Characteristic longitudinal length

Приблизительная длина клапана. Этот параметр обеспечивает меру продольной шкалы клапана. Значение по умолчанию 0.1 м ^ 2.

Discharge coefficient

Полу-эмпирический параметр, обычно используемый как мера эффективности клапана. Коэффициент расхода определяется как отношение фактического массового расхода жидкости через клапан к его теоретическому значению.

Блок использует этот параметр для расчета эффектов геометрии клапана на массовые расходы жидкости. Учебники и таблицы данных клапанов являются общими источниками значений коэффициентов расхода. По определению все значения должны быть больше 0 и меньше 1. Значение по умолчанию 0.7.

Critical Reynolds number

Число Рейнольдса, соответствующее переходу между режимами ламинарного и турбулентного течения. Поток через клапан принимается ламинарным ниже этого значения и турбулентным над ним. Соответствующие значения для использования зависят от конкретной геометрии клапана. Значение по умолчанию 12.

Вкладка Переменные

Mass flow rate into port A: Массовый расход жидкости в компонент через порт A в начале симуляции. Значение по умолчанию 1 kg/s.

Документация

Gate Valve (TL)

Описание

Площадь открытия клапана

Баланс массы

Энергетический баланс

Баланс импульса

Порты

Параметры

Вкладка « параметры»

Вкладка Переменные

Расширенные возможности

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

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Документация

Gate Valve (TL)

Описание

Площадь открытия клапана

Баланс массы

Энергетический баланс

Баланс импульса

Порты

Параметры

Вкладка « параметры»

Вкладка Переменные

Расширенные возможности

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

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

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