Ограничение потока фиксированной площади, смоделированное по ISO 6358
Simscape/Жидкости/Газ/Клапаны и Отверстия
Блок Orifice ISO 6358 (G) моделирует падение давления, происходящее в газовой сети из-за чисто сопротивления элемента фиксированного размера - такого как ограничение потока, отверстие или клапан - с помощью методов, описанных в стандарте ISO 6358. Эти методы широко используются в промышленности при измерении и отчетности характеристик газового потока. Доступность данных о коэффициентах формул ISO делает параметризации ISO полезными, когда геометрии компонентов недоступны или громоздки для определения.
Параметризация отверстия по умолчанию основана на наиболее рекомендуемых из методов ISO 6358: один, основанный на проводимости звука резистивного элемента в установившемся состоянии. Проводимость звука измеряет легкость, с которой газ может течь при дросселировании, условие, в котором скорость потока на своем теоретическом максимуме (локальная скорость звука). Дросселирование происходит, когда отношение между давлениями ниже по потоку и выше по потоку достигает критического значения, известного как отношение критического давления
Остальные параметризации сформулированы в терминах альтернативных мер производительности потока: коэффициента потока (в любой из его форм, C v или K v) или размера ограничения потока. Коэффициент потока измеряет легкость, с которой газ может течь, когда управляется определенным перепадом давления. Определение C v отличается от определения K v в стандартном давлении и температуре, установленных в его измерении, и в физических единицах измерения, используемых 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 Orifice parameterization параметров блоков установлено на Cv coefficient (USCS).
K v измеряется при общепринятой температуре 15°C и перепад давления 1 bar; выражается в метрических модулях m^3/h. Это коэффициент потока, используемый в модели, когда Orifice parameterization параметров блоков установлено на Kv coefficient (SI).
Объем жидкости внутри резистивного элемента, и, следовательно, его масса, приняты, очень маленькими, и это, для моделирования, 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:
где определяется как массовый расход жидкости в клапан через порт, обозначенный нижним индексом (A или B).
Причины падения давления, происходящих в каналах резистивного элемента, проигнорированы в блоке. Безотносительно их характера - внезапных изменений сечения, искривлений линии потока - только их совокупный эффект рассматривается во время симуляции. Именно этот совокупный эффект захватывает в модели проводимость звука в параметризации отверстия по умолчанию. Если выбрана другая параметризация, коэффициенты, на которых она основана, преобразуются в параметры параметризации по умолчанию; вычисление массового расхода жидкости затем выполняется, как описано в Проводимость звука Parameterization.
В дроссельном потоке массовый расход жидкости через резистивный элемент вычисляется как:
где:
C - проводимость звука внутри резистивного элемента.
ρ - плотность газа, здесь при стандартных условиях (нижний индекс 0, 1.185 kg/m^3).
p - абсолютное давление газа, здесь соответствующее входному отверстию (in).
T - температура газа на входе (нижний индекс in) или при стандартных условиях (индекс 0, 293.15 K).
В дозвуковом и турбулентном потоке вычисление массового расхода жидкости жидкости становится:
где:
p r - отношение между давлением ниже по потоку (p наружу) и давлением выше по потоку (p дюйма) (каждый измеряется при абсолютном нуле):
b cr - критический коэффициент давления, при котором поток газа впервые начинает дросселироваться.
m - дозвуковой индекс, эмпирический коэффициент, используемый для более точной характеристики поведения дозвуковых потоков.
В дозвуковом и ламинарное течение вычисление массового расхода жидкости изменяется на:
где b lam - критическое отношение давления, при котором поток переходит между ламинарным и турбулентным режимами. Объединение вычислений для трёх режимов течения в кусочно-линейную функцию дает все отношения давления:
Если параметризация отверстия установлена в Cv coefficient (USCS)параметры вычисления массового расхода жидкости жидкости устанавливаются следующим образом:
Sonic conductance: C = 4E-8 * C v m ^ 3/( s * Pa)
Critical pressure ratio: b cr = 0,3
Subsonic index: m = 0.5
Если на Kv coefficient (SI) используется параметризация:
Sonic conductance: C = 4.78E-8 * K v m ^ 3/( s * Pa)
Critical pressure ratio: b cr = 0,3
Subsonic index: m = 0.5
Для Restriction area параметризация:
Sonic conductance: C = 0,128 * 4 S R/, L/( s * bar), где S - площадь потока в резистивном элементе (нижний индекс R).
Critical pressure ratio: b cr = 0,41 + 0,272 (S R/ S P) ^ 0,25
Subsonic index: m = 0.5
Сопротивление элемента 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:
где ϕ определяется как скорость потока жидкости энергии в клапан через один из портов (A или B).
[1] P. Beater, Пневматические приводы, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007.
