Pressure Reducing 3-Way Valve

Составной клапан, содержащий функции снижения давления и предохранительных клапанов

Библиотека:
Simscape/Жидкости/Гидравлика (изотермическая )/Клапаны/Регулирующие Клапаны Давления

Описание

Блок Pressure Reducing 3-Way Valve моделирует поток через клапан, который ограничивает и, при необходимости, выпускает (через отдельную линию), чтобы поддерживать заданный перепад давления между его выходным отверстием (портом A) и окружающей средой (T, вентиляционным отверстием). Клапан объединяет функции еще двух элементарных клапанов, одного - редукционного клапана, другого - клапана сброса давления.

Редукционный клапан проходит между входным отверстием (P) и выходным отверстием (A). Он обычно открыт, но закрывается по мере необходимости для борьбы с колебаниями давления в восходящем направлении выхода. Клапан сброса давления проходит между выходным отверстием (A) и вентиляционным отверстием (T). Он обычно закрывается, но открывается, если давление на выходе должно превысить (на заданную величину перехода) область значений регулирования давления редукционного клапана.

Площади открытия клапана являются функциями перепада давления от порта A до порта T - либо непосредственно пропорциональными ему, либо обобщенными функцииями (табличными данными) его. Площади открытия могут изменяться до точки - предела соответствующей области значений значений регулирования клапана - за пределы которого клапан насыщается на полную мощность и не может противостоять никаким дополнительным повышениям давления.

Открытие клапана

Вычисление площади открытия зависит от параметризации клапана, выбранной для блока: или Linear area-opening relationship или Tabulated data - Area vs. pressure.

Линейная параметризация

Если Valve parameterization параметров блоков находится в настройке по умолчанию Linear area-opening relationshipПлощадь открытия редукционного клапана (P - A) вычисляется как:

$S_{PA} = \frac{S_{Max} + S_{Leak}}{2} - \frac{S_{Max} - S_{Leak}}{2} tanh [\frac{λ (Δ p_{AT} - Δ p_{Rdn})}{Δ p_{Reg} / 2}],$

где tanh Термин служит для сглаживания переходов в полностью открытое и полностью закрытое положения клапана. В уравнении:

S _Max - это значение, заданное в параметре Maximum passage area блока.
S _Утечка - это значение, заданное в параметре Leakage area блока.
ƛ - значение Valve opening adjustment coefficient параметров блоков, мера сглаживания для применения к переходам клапана. Чем меньше значение, тем плавнее переход.
Δp _Reg является значением, заданным в параметре Valve regulation range блока.
Δp _Rdn является средней точкой области значений регулирования давления редукционного клапана:

$Δ p_{Rdn} = Δ p_{Set} + \frac{Δ p_{Reg}}{2},$
с Δp _Set является значением параметра Reducing valve pressure setting блока.

Площадь открытия клапана сброса давления (A - T) также вычисляется как:

$S_{AT} = \frac{S_{Max} + S_{Leak}}{2} + \frac{S_{Max} - S_{Leak}}{2} tanh (\frac{λ (Δ p_{AT} - Δ p_{Rlf})}{Δ p_{Reg} / 2}),$

где Δp _Rlf - середина области значений значений регулирования давления клапана сброса давления:

$Δ p_{Rlf} = Δ p_{Set} + Δ p_{Reg} + Δ p_{Tran} + \frac{Δ p_{Reg}}{2},$

с Δp _Tran перепадом давления перехода - тем, что требуется для открытия клапана сброса давления после того, как редукционный клапан полностью закроется. Это значение получается из Transition pressure параметров блоков.

Площадь открытия в Linear area-opening relationship параметризация

Табличная параметризация

Если для Valve parameterization параметров блоков задано значение Tabulated data - Area vs. pressureплощади открытия клапана вычисляются как:

$S = S (Δ p_{AT}),$

где S _AT является табличной функцией, созданной из параметров Pressure drop vector и Opening area vector блоков. Функция основана на линейной интерполяции (для точек в области данных) и экстраполяции по ближайшему соседу (для точек вне области значений данных). Утечки и максимальные площади открытия являются минимальными и максимальными значениями Valve opening area vector параметры блоков .

Площадь открытия в Tabulated data - Area vs. pressure параметризация

Динамика Открытия

По умолчанию динамика открытия клапана игнорируется. Каждое из клапанов принято таким образом, чтобы реагировать мгновенно на изменения перепада давления без временной задержки между началом нарушения порядка давления и увеличением открытия клапана, которое создает нарушение порядка. Если такие временные лаги имеют последствия в модели, можно захватить их, установив значение Opening dynamics параметров блоков Include valve opening dynamics. Затем клапаны открываются каждый со скоростью, заданной выражением:

$\dot{S} = \frac{S (Δ p_{SS}) - S (Δ p_{In})}{τ},$

где τ - мера времени, необходимая для мгновенной площади открытия (индекс In) для достижения нового установившегося значения (индекс SS).

Leakage area

Основная цель области утечек закрытого клапана состоит в том, чтобы гарантировать, что ни в коем случае фрагмент гидравлической сети не будет изолируем от остальной части модели. Такие изолированные фрагменты уменьшают числовую робастность модели и могут замедлить симуляцию или вызвать ее неудачу. Утечки обычно присутствуют в незначительных количествах в реальных клапанах, но в модели их точное значение менее важно, чем это небольшое число, больше нуля. Площадь утечек получается из параметров блоков того же имени.

Скорости потока жидкости клапана

Причины падения давления, происходящих в каналах составного клапана, проигнорированы в блоке. Безотносительно их характера - внезапных изменений сечения, искривлений линии потока - только их совокупный эффект рассматривается во время симуляции. Этот эффект получен в блоке коэффициентом расхода, мерой скорости потока жидкости через клапан относительно теоретического значения, которое это имело бы в идеальном случае. Скорости потока жидкости через каждый из элементарных клапанов определяются как:

$q = C_{D} S \sqrt{\frac{2}{ρ}} \frac{Δ p}{{[{(Δ p)}^{2} + p_{Критика}^{2}]}^{1 / 4}},$

где:

q - объемная скорость потока жидкости через клапан (P - A или A - T)..
C D является значением параметра Discharge coefficient блока.
S - площадь открытия клапана (S _PA или _S AT).
Δp - перепад давления через клапан (Δp _PA или Δp AT).
p _Crit является перепадом давления, при котором поток переключается между режимами ламинарного и турбулентного течения.

Вычисление критического давления зависит от настройки Laminar transition specification параметров блоков. Если этот параметр находится в настройке по умолчанию By pressure ratio:

$p_{Crit} = (p_{Atm} + p_{Avg}) (1 - β_{Crit}),$

где:

p _Atm - это атмосферное давление (как определено для соответствующей гидравлической сети).
p _Avg является средним значением давления прибора в портах (P и A или A и T).
β _Crit является значением параметра Laminar flow pressure ratio блока.

Если вместо этого для Laminar transition specification параметров блоков задано значение By Reynolds number:

$p_{Crit} = \frac{ρ}{2} {(\frac{{Re}_{Crit} ν}{C_{D} D_{H}})}^{2},$

где:

Re _Crit является значением параметра Critical Reynolds number блока.
ν - кинематическая вязкость, заданная для гидравлической сети.
D H является текущим гидравлическим диаметром:

$D_{H} = \sqrt{\frac{4 S}{π}} .$

Порты

Сохранение

расширить все

`A` - Выход клапана
гидравлический (изотермическая жидкость)

Открытие, посредством которого поток может выйти из клапана.

`P` - Вход в клапан
гидравлический (изотермическая жидкость)

Открытие, посредством которого поток может войти в клапан.

`T` - Слив клапана
гидравлический (изотермическая жидкость)

Открытие, посредством которого поток может покинуть клапан.

Параметры

расширить все

`Opening area parameterization` - Метод, которым можно вычислить площадь открытия клапана
`Linear area-opening relationship` (по умолчанию) | `Tabulated data - Area vs. pressure`

Метод вычисления площади открытия клапана. Настройка по умолчанию предписывает линейное соотношение между площадью открытия клапана и перепадом давления между выходным и выходным отверстиями. Альтернативная настройка позволяет, чтобы общее, нелинейное отношение было задано в сведенной в табличной форме.

`Maximum passage area` - Площади открытия клапанов P-A и A-T в положении полностью открытого отверстия
`1e-4 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах площади

Площадь открытия каждого клапана, когда он полностью открыт. Клапаны снижения давления и сброса давления приняты идентичными по размеру. См. описание блока для условий давления, при которых клапаны могут быть полностью открыты.