Pressure-Reducing Valve (2P)

Редукционный клапан в двухфазной гидросистеме

Библиотека:
Simscape/Жидкости/Двухфазная жидкость/Клапаны и Отверстия/Клапаны Регулирования Давления

Описание

Блок Редукционный Клапан (2P) моделирует регулирующий давление редукционный клапан в двухфазной гидросистеме. Клапан открыт, когда давление в порте B меньше заданного давления, и закрывается, когда давление превышает это значение. Давление управления может быть задано как константа в параметре Set pressure (gauge) или, когда вы задаете Set pressure control Controlledзаданное давление может изменяться в соответствии с входным сигналом в порту Ps.

Свойства жидкости внутри клапана вычисляются из условий входного отверстия. Между жидкостью и окружением нет теплообмена, и, следовательно, изменение фазы внутри клапана происходит только из-за перепада давления или распространенного изменения фазы из другой части модели.

Ряд параметров блоков основан на номинальных условиях работы, которые соответствуют номинальной эффективности клапана, такой как спецификация на таблицах данных производителя.

Контроль давления

Клапан закрывается, когда давление в клапане, _pcontrol, превышает заданное давление, _pset. Клапан полностью закрывается, когда давление управления достигает конца Pressure regulation range, _prange.

Когда вы задаете Set pressure control Constant, доля открытия клапана, λ, выражается как:

$λ = 1 - (1 - f_{l e a k}) \frac{(p_{c o n t r o l} - p_{s e t})}{p_{r a n g e}},$

где:

_fleak является Closed valve leakage as a fraction of nominal flow.
_pcontrol - давление управления, которое является различием между давлением в порте B и атмосферным давлением.
_pset является Set pressure (gauge).

Когда вы задаете Set pressure control Controlledфракция открытия клапана составляет:

$λ = 1 - (1 - f_{l e a k}) \frac{(p_{c o n t r o l} - p_{s})}{p_{r a n g e}},$

где _ps - сигнал в порте Ps. Если давление управления превышает область значений давления в клапане, доля открытия клапана равняется 0.

Массовый расход жидкости

Массовый расход жидкости зависит от перепада давления и, следовательно, от открытой площади клапана. Он вычисляется как:

${\dot{m}}_{A} = λ {\dot{m}}_{n o m} [\sqrt{\frac{v_{n o m}}{2 Δ p_{n o m}}}] \sqrt{\frac{2}{v_{i n}}} \frac{Δ p}{{(Δ p^{2} + Δ p_{l a m}^{2})}^{0.25}},$

где:

Δp - перепад давления над клапаном, _{pA ̶ pB}.
_Δplam - порог перехода давления между ламинарным и турбулентным потоком, который вычисляется из Laminar flow pressure ratio, _Blam:

$Δ p_{l a m} = \frac{(p_{A} + p_{B})}{2} (1 - B_{l a m}) .$
${\dot{m}}_{n o m}$ является Nominal mass flow rate at maximum opening.
_Δpnom является Nominal pressure drop rate at maximum opening.
_vnom - номинальный удельный объем входного отверстия. Это значение определяется из табличных данных о свойствах жидкости на основе параметров Nominal inlet specific enthalpy и Nominal inlet pressure.
_vin - удельный объем входного отверстия.

Динамика объема Жидкости

Когда жидкость во входном отверстии клапана является смесью пар-жидкость, блок вычисляет конкретный объем как:

$v_{i n} = (1 - x_{d y n}) v_{l i q} + x_{d y n} v_{v a p},$

где:

_xdyn - качество пара на входе. Блок применяет задержку первого порядка к качеству входного пара смеси.
_vliq - жидкостный удельный объем жидкости.
_vvap - удельный объем пара жидкости.

Если входная жидкость является жидкостью или паром, _vin является соответствующим объемом жидкости или пара.

Задержка качества пара

Если качество пара на входе является смесью пар-жидкость, применяется временная задержка первого порядка:

$\frac{d x_{d y n}}{d t} = \frac{x_{i n} - x_{d y n}}{τ},$

где:

_xdyn - динамическое качество паров жидкости.
_xin - текущее качество пара на входе.
τ является Inlet phase change time constant.

Если входная жидкость является переохлажденной жидкостью или перегретым паром, _xdyn равно _xin.

Баланс массы

Масса сохранена в клапане:

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

где:

${\dot{m}}_{A}$ - массовый расход жидкости в порту A.
${\dot{m}}_{B}$ - массовый расход жидкости в порту B.

Энергетический баланс

Энергия сохранена в клапане:

$Φ_{A} + Φ_{B} = 0,$

где:

_ΦA - энергетический поток в порту A.
_ΦB - энергетический поток в порту B.

Допущения и ограничения

Блок не моделирует восстановление давления после клапана.
Отсутствует теплообмен между клапаном и окружением.
Блок не моделирует подавленный поток.

Порты

Сохранение

расширить все

`A` - Гидравлический порт
двухфазная жидкость

Входной или выходной порт жидкости.

`B` - Гидравлический порт
двухфазная жидкость

Входной или выходной порт жидкости.

Вход

расширить все

`Ps` - Установите давление
физический сигнал

Input port для изменения установленного сигнала давления.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Set pressure control равным Controlled.

Параметры

расширить все

`Set pressure control` - Изменение или постоянное установленное давление
`Constant` (по умолчанию) | `Controlled`

Является ли порог давления постоянным или переменным. Установка этого параметра на Controlled отображает порт Ps физического сигнала.

`Set pressure (gauge)` - Порог давления
`0.1` МПа (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Пороговое давление в клапане. Когда давление управления, _{pB ̶ patm}, превышает заданное давление, клапан начинает закрываться.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Set pressure control равным Constant.

`Pressure regulation range` - Диапазон работы клапана
`0.1` МПа (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Рабочая область значений клапана. Клапан начинает закрываться при заданном значении давления и полностью закрывается на _pmax, конец области значений значений регулирования давления: _{pmax = pset + prange}.

`Nominal mass flow rate at maximum opening` - Номинальный массовый расход жидкости
`0.1` кг/с (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Массовый расход жидкости через полностью открытый клапан при типичных, расчетных или номинальных условиях.

`Nominal pressure drop at maximum opening` - Номинальный перепад давления
`0.001` МПа (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Перепад давления на полностью открытом клапане при типовых, расчетных или номинальных условиях.

`Nominal inlet condition specification` - Метод определения состояния входной жидкости
`Temperature` (по умолчанию) | `Vapor quality` | `Vapor void fraction` | `Specific enthalpy` | `Specific internal energy`

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ЖИДКОСТИ НА ВХОДЕ. Удельный объем входного отверстия клапана определяется из табличных данных о свойствах жидкости на основе Nominal inlet pressure и настройки параметров Nominal inlet condition specification.

`Nominal inlet pressure` - Давление входного клапана жидкости
`0.101325` МПа (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Давление на входе в типовых, расчетных или номинальных условиях. Удельный объем входного отверстия клапана определяется из табличных данных о свойствах жидкости на основе Nominal inlet pressure и настройки параметров Nominal inlet condition specification.

`Nominal inlet temperature` - Температура жидкости
`293.15` K (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Температура жидкости на входе в номинальных рабочих условиях.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Nominal inlet condition specification равным Temperature.

`Nominal inlet vapor quality` - Качество пара на входе по массовой доле
`0.5` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в области значений [0,1]

Качество входного пара смеси по массовой доле в открытых, номинальных рабочих условиях. Значение 0 означает, что входная жидкость переохлаждается жидкостью. Значение 1 означает, что входная жидкость является перегретым паром.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Nominal inlet condition specification равным Vapor quality.

`Nominal inlet vapor void fraction` - Качество пара на входе по объемной доле
`0.5` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в области значений [0,1]

Объемная доля входной смеси в номинальных рабочих условиях. Значение 0 означает, что входная жидкость переохлаждается жидкостью. Значение 1 означает, что входная жидкость является перегретым паром.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Nominal inlet condition specification равным Vapor void fraction.

`Nominal inlet specific enthalpy` - Энтальпия специфической жидкости на входе
`1500` кДж/кг (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Специфическая энтальпия входного отверстия в номинальных рабочих условиях.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Nominal inlet condition specification равным Specific enthalpy.

`Nominal inlet specific internal energy` - Удельная внутренняя энергия входного отверстия
`1500` кДж/кг (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Внутренняя энергия входного отверстия в номинальных рабочих условиях.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Nominal inlet condition specification равным Specific internal energy.

`Cross-sectional area at ports A and B` - Площади портов клапанов
`0.01` m ^ 2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Площадь портов A и B клапана.

`Closed valve leakage as a fraction of nominal flow` - Фракционный поток, когда клапан закрыт
`1e-6` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Фракционная скорость потока жидкости через клапан, когда он полностью закрыт. Этот параметр способствует численной устойчивости путем поддержания непрерывности в гидросистеме.

`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 этот параметр в ненулевое значение, меньше единицы, чтобы увеличить стабильность вашей симуляции в этих режимах.

`Laminar flow pressure ratio` - Ламинарно-турбулентное отношение давления перехода
`0.999` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Отношение давления на выходе клапана к давлению на входе клапана, при котором жидкость переходит между ламинарным и турбулентным режимами. Падение давления соответствует массовому расходу жидкости линейно в ламинарные течения и квадратично в турбулентных потоках.

`Inlet phase change time constant` - Задержка по удельному объему смеси
`0.1` s (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Временная задержка для смесей пар-жидкости при вычислении удельного объема жидкости. Этот параметр не влияет на конкретный объем, когда входная жидкость является полностью переохлажденной жидкостью или полностью перегретым паром.

См. также

Запорный клапан (2P) | Отверстие (2P) | Редукционный клапан (2P) | Термостатический Расширительный Клапан (2P)

Введенный в R2021a

Документация

Pressure-Reducing Valve (2P)

Описание

Контроль давления

Динамика объема Жидкости

Баланс массы

Энергетический баланс

Допущения и ограничения

Порты

Сохранение

A - Гидравлический порт двухфазная жидкость

B - Гидравлический порт двухфазная жидкость

Вход

Ps - Установите давление физический сигнал

Зависимости

Параметры

Set pressure control - Изменение или постоянное установленное давление Constant (по умолчанию) | Controlled

Set pressure (gauge) - Порог давления 0.1 МПа (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Pressure regulation range - Диапазон работы клапана 0.1 МПа (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Nominal mass flow rate at maximum opening - Номинальный массовый расход жидкости 0.1 кг/с (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Nominal pressure drop at maximum opening - Номинальный перепад давления 0.001 МПа (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Nominal inlet condition specification - Метод определения состояния входной жидкости Temperature (по умолчанию) | Vapor quality | Vapor void fraction | Specific enthalpy | Specific internal energy

Nominal inlet pressure - Давление входного клапана жидкости 0.101325 МПа (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Nominal inlet temperature - Температура жидкости 293.15 K (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Nominal inlet vapor quality - Качество пара на входе по массовой доле 0.5 (по умолчанию) | положительная скалярная величина в области значений [0,1]

Зависимости

Nominal inlet vapor void fraction - Качество пара на входе по объемной доле 0.5 (по умолчанию) | положительная скалярная величина в области значений [0,1]

Зависимости

Nominal inlet specific enthalpy - Энтальпия специфической жидкости на входе 1500 кДж/кг (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Nominal inlet specific internal energy - Удельная внутренняя энергия входного отверстия 1500 кДж/кг (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Cross-sectional area at ports A and B - Площади портов клапанов 0.01 m ^ 2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Closed valve leakage as a fraction of nominal flow - Фракционный поток, когда клапан закрыт 1e-6 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

Laminar flow pressure ratio - Ламинарно-турбулентное отношение давления перехода 0.999 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Inlet phase change time constant - Задержка по удельному объему смеси 0.1 s (по умолчанию) | положительная скалярная величина

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

`A` - Гидравлический порт
двухфазная жидкость

`B` - Гидравлический порт
двухфазная жидкость

`Ps` - Установите давление
физический сигнал

`Set pressure control` - Изменение или постоянное установленное давление
`Constant` (по умолчанию) | `Controlled`

`Set pressure (gauge)` - Порог давления
`0.1` МПа (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Pressure regulation range` - Диапазон работы клапана
`0.1` МПа (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Nominal mass flow rate at maximum opening` - Номинальный массовый расход жидкости
`0.1` кг/с (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Nominal pressure drop at maximum opening` - Номинальный перепад давления
`0.001` МПа (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Nominal inlet condition specification` - Метод определения состояния входной жидкости
`Temperature` (по умолчанию) | `Vapor quality` | `Vapor void fraction` | `Specific enthalpy` | `Specific internal energy`

`Nominal inlet pressure` - Давление входного клапана жидкости
`0.101325` МПа (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Nominal inlet temperature` - Температура жидкости
`293.15` K (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Nominal inlet vapor quality` - Качество пара на входе по массовой доле
`0.5` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в области значений [0,1]

`Nominal inlet vapor void fraction` - Качество пара на входе по объемной доле
`0.5` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в области значений [0,1]

`Nominal inlet specific enthalpy` - Энтальпия специфической жидкости на входе
`1500` кДж/кг (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Nominal inlet specific internal energy` - Удельная внутренняя энергия входного отверстия
`1500` кДж/кг (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Cross-sectional area at ports A and B` - Площади портов клапанов
`0.01` m ^ 2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Closed valve leakage as a fraction of nominal flow` - Фракционный поток, когда клапан закрыт
`1e-6` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

`Laminar flow pressure ratio` - Ламинарно-турбулентное отношение давления перехода
`0.999` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Inlet phase change time constant` - Задержка по удельному объему смеси
`0.1` s (по умолчанию) | положительная скалярная величина