Orifice ISO 6358 (G)

Ограничение потока фиксированной площади, смоделированное по ISO 6358

развернуть все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape/Жидкости/Газ/Клапаны и Отверстия

  • Orifice ISO 6358 (G) block

Описание

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

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).

Баланс массы

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:

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 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.

Проводимость звука

В дроссельном потоке массовый расход жидкости через резистивный элемент вычисляется как:

m˙ch=Cρ0pinT0Tin,

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:

m˙tur=Cρ0pinT0Tin[1−(pr−bcr1−bcr)2]m,

где:

  • p r - отношение между давлением ниже по потоку (p наружу) и давлением выше по потоку (p дюйма) (каждый измеряется при абсолютном нуле):

    pr=poutpin

  • 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:

m˙lam=Cρ0(pout−pin1−blam)T0Tin[1−(blam−bcr1−bcr)2]m,

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:

m˙={m˙бегство,если blam≤pr<1m˙tur,если bcr≤pr<blamm˙ch,если pr<bcr,

Преобразование в проводимость звука

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

Энергетический баланс

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:

ϕA+ϕB=0,

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

Порты

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 метода ISO для использования при вычислении массового расхода жидкости. Все вычисления основаны на Sonic conductance параметризация. Если выбрана другая параметризация, коэффициенты, которые ее характеризуют, преобразуются в проводимость звука, отношение критического давления и дозвуковой индекс.

Отношение, измеренное в начале дросселирования, массового расхода жидкости через резистивный элемент к продукту давления и плотности массы выше по потоку при стандартных условиях (определено в ISO8778). Этот параметр определяет максимальную скорость потока жидкости, допустимый при заданном давлении выше по потоку.

Отношение давления, при котором поток впервые начинает дросселироваться и скорость потока достигает своего максимума, задаваемого локальной скоростью звука. Отношение давления является долей абсолютного давления ниже по потоку от резистивного элемента по абсолютному давлению выше по потоку от того же компонента.

Экспонента, используемая для более точного вычисления массового расхода жидкости жидкости в дозвуковом режиме течения, как описано в ISO 6358.

Коэффициент потока, выраженный в стандартных модулях США ft ^ 3/min, как определено в T3.21.3 NFPA. Этот параметр измеряет легкость, с которой газ пересекает резистивный элемент, когда управляется перепадом давления. Смотрите описание блока для соответствия между этими параметрами.

Коэффициент потока, выраженный в единицах СИ L/min. Этот параметр измеряет легкость, с которой газ пересекает резистивный элемент, когда управляется перепадом давления. Смотрите описание блока для соответствия между этими параметрами.

Площадь, нормальная к направлению потока в точке наименьшей апертуры. Площадь ограничения преобразуется в эквивалентную проводимость звука и критический коэффициент давления для использования в вычислениях массового расхода жидкости. Подробную информацию о преобразовании см. в описании блока.

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 резистивный элемент.

Отношение давления, при котором поток переходит между режимами ламинарного и турбулентного течения. Отношение давления является долей абсолютного давления ниже по потоку от резистивного элемента по абсолютному давлению выше по потоку от того же компонента. Типичные значения варьируются от 0.995 на 0.999.

Температура в стандартной ссылке, заданная как 293,15 K в ISO 8778.

Плотность в стандартной ссылке, заданная как 1,185 кг/м3 в ISO 8778.

Примеры моделей

Antagonistic McKibben Muscle Actuator

Антагонистический привод мускулатуры МакКиббена

Эта демонстрация показывает приведение в действие мышц, основанное на двух приводах воздушных мышц (или искусственных мышц Маккиббена) в антагонистической связи. Приводы воздушной мышцы соединены с противоположными сторонами рычага. 4-сторонний направленный клапан управляется электромеханическим приводом клапана. В 4-стороннем направлении, когда пути высокого давления P-A и возврата линия B-T открыты, верхний привод воздушной мышцы сжимается и заставляет нижний привод воздушной мышцы с противоположной стороны продолжаться. Точно так же, когда путь P-B высокого давления и линия A-T возврата открываются, нижний привод воздушной мышцы начинает сжиматься и заставляет вытягивать верхний привод воздушной мышцы. Колебательные движения мышц преобразуются в угловое вращение выходной нагрузки, соединенной с механическим редактированием, смоделированным кривошипами ползунка.

Ссылки

[1] P. Beater, Пневматические приводы, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007.

Расширенные возможности

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

.

См. также

Введенный в R2018a

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте