Needle Valve (IL)

Игольчатый клапан в изотермической гидравлической системе

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

Описание

Блок Игольчатый Клапан (IL) моделирует уменьшение потока игольчатым клапаном. Клапан содержит коническую иглу и круглое седло с острыми краями. Игла открывается или закрывается в соответствии с сигналом перемещения в порту S. Положительный сигнал отводит иглу и открывает клапан.

Площадь открытия

Схема игольчатого клапана

Вид сверху игольчатого клапана

Площадь открытия клапана вычисляется как:

$A_{o p e n} = π h \sin (\frac{θ}{2}) [d_{0} - \frac{h}{2} \sin (θ)] + A_{l e a k},$

где:

h - расстояние по вертикали между внешним краем иглы и седлом, как показано на схеме выше.
θ - угол конуса сиденья, который всегда соответствует Needle cone angle.
d 0 является Seat orifice diameter.
A _утечка Leakage area.

Площадь открытия ограничена максимальным h перемещения _max :

$h_{\max} = \frac{d_{0} [1 - \sqrt{1 - \cos (\frac{θ}{2})}]}{\sin (θ)} .$

Для любого перемещения иглы больше, чем h _max, _{A open} является суммой максимальной площади постоянного отверстия и Leakage area :

$A_{o p e n} = \frac{π}{4} d_{0}^{2} + A_{l e a k} .$

Для любой комбинации сигнала в порту S и смещения иглы, которое меньше 0, минимальная площадь клапана является Leakage area.

Численно-сглаженное перемещение

В крайних точках области значений открытия отверстия можно сохранить числовую робастность в симуляции, скорректировав Smoothing factor блоков. Когда коэффициент сглаживания ненулевой, функция сглаживания применяется к каждому вычисленному перемещению, но в основном влияет на симуляцию в крайних точках этой области значений.

Нормированное открытие отверстия:

$\hat{h} = \frac{h}{h_{\max}} .$

К нормированному открытию применяется Smoothing factor, s:

${\hat{h}}_{s m o o t h e d} = \frac{1}{2} + \frac{1}{2} \sqrt{{\hat{h}}_{}^{2} + {(\frac{s}{4})}^{2}} - \frac{1}{2} \sqrt{{(\hat{h} - 1)}^{2} + {(\frac{s}{4})}^{2}} .$

Сглаженное отверстие:

$h_{s m o o t h e d} = {\hat{h}}_{s m o o t h e d} h_{\max} .$

Массовый расход жидкости

Масса сохраняется через клапан:

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

Массовый расход жидкости через клапан вычисляется как:

$\dot{m} = \frac{C_{d} A_{v a l v e} \sqrt{2 \bar{ρ}}}{\sqrt{P R_{l o s s} (1 - {(\frac{A_{v a l v e}}{A_{p o r t}})}^{2})}} \frac{Δ p}{{[Δ p^{2} + Δ p_{c r i t}^{2}]}^{1 / 4}},$

где:

C d является Discharge coefficient.
A _клапан - это текущее открытое пространство клапана.
A _порт является Cross-sectional area at ports A and B.
$\bar{ρ}$ - средняя плотность жидкости.
Δp - различие давления в клапане p A - _p B.

Критическое различие давления, Δp _crit, является перепадом давления, связанным с Critical Reynolds number, Re _crit, точкой перехода режима течения между ламинарным и турбулентным потоком:

$Δ p_{c r i t} = \frac{π \bar{ρ}}{8 A_{v a l v e}} {(\frac{ν {Re}_{c r i t}}{C_{d}})}^{2} .$

Падение давления описывает снижение давления в клапане из-за уменьшения площади. PR _потерь рассчитывается как:

$P R_{l o s s} = \frac{\sqrt{1 - {(\frac{A_{v a l v e}}{A_{p o r t}})}^{2} (1 - C_{d}^{2})} - C_{d} \frac{A_{v a l v e}}{A_{p o r t}}}{\sqrt{1 - {(\frac{A_{v a l v e}}{A_{p o r t}})}^{2} (1 - C_{d}^{2})} + C_{d} \frac{A_{v a l v e}}{A_{p o r t}}} .$

Восстановление давления описывает положительный скачок давления в клапане из-за увеличения площади. Если вы не хотите захватывать это увеличение давления, установите Pressure recovery равным Off. В этом случае потеря PR равна 1.

Порты

Сохранение

расширить все

`A` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

Порт входа или выхода жидкости в клапан.

`B` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

Порт входа или выхода жидкости в клапан.

Вход

расширить все

`S` - Перемещение иглы, м
физический сигнал

Перемещение органа управления в м, задается как физический сигнал. Положительный сигнал отводит иглу и открывает клапан.

Параметры

расширить все

`Seat orifice diameter` - Диаметр сиденья
`5e-3 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Диаметр отверстия в седле.

`Needle cone angle` - Угол геометрии поршня управления
`90 deg` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Угол геометрии поршня управления. См. «Схема игольчатого клапана» в описании клапана.

`Needle position when in the seat` - Смещение иглы
`0 m` (по умолчанию) | скаляром

Смещение иглы, когда клапан закрыт. Положительное, ненулевое значение указывает на частично открытый клапан. Отрицательное, ненулевое значение указывает на клапан с положительным перекрытием, который остается закрытым для начального перемещения, заданного физическим сигналом в порту S.

`Leakage area` - Площадь зазора в положении полностью закрытого отверстия
`1e-10 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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.

`Cross-sectional area at ports A and B` - Площадь в портах сохранения
`inf m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Области во входном и выходном портах A и B, которые используются в уравнении скорость-давления, которое определяет массовый расход жидкости через клапан.

`Discharge coefficient` - Коэффициент расхода
`0.64` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Коэффициент коррекции, учитывающий потери разряда в теоретических потоках.

`Critical Reynolds number` - Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного течения
`150` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного течения через отверстие.

`Smoothing factor` - Численный коэффициент сглаживания
`0.01` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в области значений [0,1]

Непрерывный коэффициент сглаживания, который вводит 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.

`Pressure recovery` - Учитывать ли увеличение давления при расширении площади
`Off` (по умолчанию) | `On`

Следует ли учитывать увеличение давления, когда жидкость течет из области меньшей площади поперечного сечения в область большей площади поперечного сечения.

Примеры моделей

Система инжекции дизельного Engine

Линейная многоэлементная система закачки дизельного топлива. Он состоит из кулачкового вала, лифтового насоса, четырех линейных нагнетательных насосов и четырех форсунок.

См. также

Ключи Клапана (IL) | Тарельчатый клапан (IL) | Челночный клапан (IL)

Введенный в R2020a

Документация

Needle Valve (IL)

Описание

Площадь открытия

Численно-сглаженное перемещение

Массовый расход жидкости

Порты

Сохранение

`A` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

`B` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

Вход

`S` - Перемещение иглы, м
физический сигнал

Параметры

`Seat orifice diameter` - Диаметр сиденья
`5e-3 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Needle cone angle` - Угол геометрии поршня управления
`90 deg` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Needle position when in the seat` - Смещение иглы
`0 m` (по умолчанию) | скаляром

`Leakage area` - Площадь зазора в положении полностью закрытого отверстия
`1e-10 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Cross-sectional area at ports A and B` - Площадь в портах сохранения
`inf m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Discharge coefficient` - Коэффициент расхода
`0.64` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Critical Reynolds number` - Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного течения
`150` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Smoothing factor` - Численный коэффициент сглаживания
`0.01` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в области значений [0,1]

`Pressure recovery` - Учитывать ли увеличение давления при расширении площади
`Off` (по умолчанию) | `On`

Примеры моделей

Система инжекции дизельного Engine

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Документация

Needle Valve (IL)

Описание

Площадь открытия

Численно-сглаженное перемещение

Массовый расход жидкости

Порты

Сохранение

A - Порт жидкости изотермическая жидкость

B - Порт жидкости изотермическая жидкость

Вход

S - Перемещение иглы, м физический сигнал

Параметры

Seat orifice diameter - Диаметр сиденья 5e-3 m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Needle cone angle - Угол геометрии поршня управления 90 deg (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Needle position when in the seat - Смещение иглы 0 m (по умолчанию) | скаляром

Leakage area - Площадь зазора в положении полностью закрытого отверстия 1e-10 m^2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Cross-sectional area at ports A and B - Площадь в портах сохранения inf m^2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Discharge coefficient - Коэффициент расхода 0.64 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Critical Reynolds number - Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного течения 150 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Smoothing factor - Численный коэффициент сглаживания 0.01 (по умолчанию) | положительная скалярная величина в области значений [0,1]

Pressure recovery - Учитывать ли увеличение давления при расширении площади Off (по умолчанию) | On

Примеры моделей

Система инжекции дизельного Engine

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

`A` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

`B` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

`S` - Перемещение иглы, м
физический сигнал

`Seat orifice diameter` - Диаметр сиденья
`5e-3 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Needle cone angle` - Угол геометрии поршня управления
`90 deg` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Needle position when in the seat` - Смещение иглы
`0 m` (по умолчанию) | скаляром

`Leakage area` - Площадь зазора в положении полностью закрытого отверстия
`1e-10 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Cross-sectional area at ports A and B` - Площадь в портах сохранения
`inf m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Discharge coefficient` - Коэффициент расхода
`0.64` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Critical Reynolds number` - Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного течения
`150` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Smoothing factor` - Численный коэффициент сглаживания
`0.01` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в области значений [0,1]

`Pressure recovery` - Учитывать ли увеличение давления при расширении площади
`Off` (по умолчанию) | `On`