Poppet Valve (IL)

Тарельчатый клапан в изотермической гидравлической сети

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

Описание

Блок Poppet Valve (IL) моделирует клапан управления потоком в изотермической жидкой системе. Поппет может иметь или цилиндрический, или мяч поршня управления. Для шаровых клапанов можно выбрать между острыми краями и коническими седлами. Тарелка открывается или закрывается в соответствии с сигналом перемещения в порту S. Положительный сигнал отводит тарелку и открывает клапан.

Схема тарельчатого клапана

Верхняя часть клапана Poppet

Площадь открытия цилиндрического стержня Poppet

Площадь открытия клапана вычисляется как:

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

где:

h - расстояние по вертикали между внешним краем цилиндра и седлом, показанное на схеме выше.
θ является Seat cone angle.
d s - это Stem diameter.
A _утечка Leakage area.

Площадь открытия ограничена максимальным h перемещения _max :

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

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

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

Для любой комбинации сигнала на порте S и смещения цилиндра менее 0 минимальная площадь клапана является Leakage area.

Площадь открытия круглого шарового поппета

Геометрия сиденья с острыми краями

Площадь открытия клапана вычисляется как:

$A_{o p e n, s h a r p - e d g e d} = π r_{O} \sqrt{{(G_{s h a r p} + h)}^{2} + r_{O}^{2}} [1 - \frac{r_{B}^{2}}{{(G_{s h a r p} + h)}^{2} + r_{O}^{2}}] + A_{l e a k},$

где:

h - расстояние по вертикали между внешним краем цилиндра и седлом, показанное на схеме выше.
r O - радиус отверстия в седле, вычисленный из Seat orifice diameter.
r B - радиус мяча, вычисленный из Ball diameter.
G _{резкость} является геометрическим параметром : $G_{s h a r p} = \sqrt{r_{B}^{2} - r_{O}^{2}} .$
A _утечка Leakage area.

Площадь открытия ограничена максимальным h перемещения _max :

$h_{\max} = \sqrt{\frac{2 r_{B}^{2} - r_{O}^{2} + r_{O} \sqrt{r_{O}^{2} + 4 r_{B}^{2}}}{2}} - G_{s h a r p} .$

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

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

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

Геометрия конического сиденья

Площадь открытия клапана вычисляется как:

$A_{o p e n, c o n i c a l} = G_{c o n i c a l} h + \frac{π}{2} \sin (θ) \sin (\frac{θ}{2}) h^{2} + A_{l e a k},$

где:

h - расстояние по вертикали между внешним краем цилиндра и седлом, показанное на схеме выше.
θ является Seat cone angle.
G _{конический} является геометрическим параметром : $G_{c o n i c a l} = π r_{B} \sin (θ),$ где r B - радиус мяча.
A _утечка Leakage area.

Площадь открытия ограничена максимальным h перемещения _max :

$h_{\max} = \frac{\sqrt{r_{B}^{2} + \frac{r_{O}^{2}}{\cos (\frac{θ}{2})}} - r_{B}}{\sin (\frac{θ}{2})} .$

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

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:

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

Это сглаженное открытие используется в площадь открытия клапана, _{Aopen,conical} или _{Aopen,sharp-edged}.

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 открытое пространство текущего 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 штока, м
физический сигнал

Перемещение органа управления клапана в м, заданное как физический сигнал..

Параметры

расширить все

`Poppet geometry` - Тип поппета
`Cylindrical stem` (по умолчанию) | `Round ball`

Тип поппета. Можно выбрать или цилиндрический, или шарикообразный поршень управления.

`Valve seat specification` - Геометрия седла клапана
`Sharp-edged` (по умолчанию) | `Conical`

Геометрия седла клапана. Этот параметр используется для вычисления открытой площади между тарелкой и сиденьем.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Poppet geometry равным Round ball.

`Ball diameter` - Диаметр поршня управления мячом
`0.01 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Диаметр поршня управления мячом.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Poppet geometry равным Round ball.

`Seat orifice diameter` - Диаметр отверстия в седле
`7e-3 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Диаметр отверстия в седле.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Poppet geometry равным Round ball.

`Stem diameter` - Диаметр цилиндрического штока
`0.01 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Диаметр цилиндрического штока.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Poppet geometry равным Cylindrical stem.

`Seat cone angle` - Угол открытия сиденья
`120 deg` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Угол открытия сиденья.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите либо:

Poppet geometry с Cylindrical stem
Poppet geometry с Round ball и Valve seat specification к Conical

`Poppet position when in the seat` - Смещение поршня управления
`0 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Смещение тарелки, 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, который учитывает 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.

См. также

Шаровой клапан (G) | Шаровой клапан (TL) | Ключи Клапана (IL) | Игольчатый клапан (IL)

Введенный в R2020a

Документация

Poppet Valve (IL)

Описание

Площадь открытия цилиндрического стержня Poppet

Площадь открытия круглого шарового поппета

Численно-сглаженное перемещение

Массовый расход жидкости

Порты

Сохранение

`A` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

`B` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

Вход

`S` - Перемещение штока, м
физический сигнал

Параметры

`Poppet geometry` - Тип поппета
`Cylindrical stem` (по умолчанию) | `Round ball`

`Valve seat specification` - Геометрия седла клапана
`Sharp-edged` (по умолчанию) | `Conical`

Зависимости

`Ball diameter` - Диаметр поршня управления мячом
`0.01 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

`Seat orifice diameter` - Диаметр отверстия в седле
`7e-3 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

`Stem diameter` - Диаметр цилиндрического штока
`0.01 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

`Seat cone angle` - Угол открытия сиденья
`120 deg` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

`Poppet position when in the seat` - Смещение поршня управления
`0 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`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`

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Документация

Poppet Valve (IL)

Описание

Площадь открытия цилиндрического стержня Poppet

Площадь открытия круглого шарового поппета

Численно-сглаженное перемещение

Массовый расход жидкости

Порты

Сохранение

A - Порт жидкости изотермическая жидкость

B - Порт жидкости изотермическая жидкость

Вход

S - Перемещение штока, м физический сигнал

Параметры

Poppet geometry - Тип поппета Cylindrical stem (по умолчанию) | Round ball

Valve seat specification - Геометрия седла клапана Sharp-edged (по умолчанию) | Conical

Зависимости

Ball diameter - Диаметр поршня управления мячом 0.01 m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Seat orifice diameter - Диаметр отверстия в седле 7e-3 m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Stem diameter - Диаметр цилиндрического штока 0.01 m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Seat cone angle - Угол открытия сиденья 120 deg (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Poppet position when in the seat - Смещение поршня управления 0 m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

`A` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

`B` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

`S` - Перемещение штока, м
физический сигнал

`Poppet geometry` - Тип поппета
`Cylindrical stem` (по умолчанию) | `Round ball`

`Valve seat specification` - Геометрия седла клапана
`Sharp-edged` (по умолчанию) | `Conical`

`Ball diameter` - Диаметр поршня управления мячом
`0.01 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Seat orifice diameter` - Диаметр отверстия в седле
`7e-3 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Stem diameter` - Диаметр цилиндрического штока
`0.01 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Seat cone angle` - Угол открытия сиденья
`120 deg` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Poppet position when in the seat` - Смещение поршня управления
`0 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`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`