Spool Orifice Flow Force (IL)

Осевая сила жидкости на отверстии золотника в изотермической системе жидкости

Библиотека:
Simscape/Жидкости/Приводы Клапана и Силы

Описание

Блок Сила Потока Отверстия Золотника (IL) моделирует гидравлическую осевую силу на отверстии золотника. Он принимает положение золотника как физический сигнал в порту S. Можно также смоделировать поток через отверстие золотника с круглыми или прямоугольными отверстиями. Положительная сила действует, чтобы закрыть отверстие.

Если вы хотите смоделировать золотник и осевую силу в одном блоке, используйте блок Отверстие золотника (IL). Осевая сила выводится как физический сигнал в порте F.

Сила потока

Сила на золотник вычисляется как:

$F = \frac{- {\dot{m}}_{A}^{2}}{ρ A} \cos (α) ε,$

где:

${\dot{m}}_{A}$ - массовый расход жидкости в порту A.
ρ - плотность жидкости.
A - площадь открытого отверстия, которая определяется положением золотника и параметризацией отверстия.
α - угол струи, который вычисляется из приближения формулы фон Мизеса:

$α_{j e t} = 0.3663 + 0.8373 (1 - e^{\frac{- h}{1.848 c}}),$
где c - Radial clearance, а h - открытие отверстия.
ε - ориентация открытия, которая указывает на открытие отверстия, которое связано с положительным или отрицательным сигналом при S.

Площадь открытия

Открытие отверстия основано на открытой области, образованной перемещенным золотником:

$Δ S = (S - S_{\min}) ε,$

где:

S _мин - это Spool position at closed orifice.
S - сигнал перемещения в порту S.

Если Δs падает ниже 0, используется площадь утечки отверстия. Если ΔS больше Spool travel between closed and open orifice, используется максимальная площадь постоянного отверстия.

Круглые отверстия

Установка значения Orifice geometry Round holes равномерно распределяет определенное пользователем количество отверстий по периметру втулки, которые имеют одинаковые диаметры и центры, выровненные в одной плоскости.

Открытая площадь вычисляется как:

$A_{o r i f i c e} = n_{0} \frac{d_{0}^{2}}{8} (θ - \sin (\frac{θ}{2})) + A_{l e a k},$

где:

n 0 - это количество отверстий.
d 0 - диаметр отверстий.
θ - угол открытия отверстия:

$θ = \cos^{- 1} (1 - 2 \frac{Δ S}{d_{0}}) .$
Если θ больше 2π, θ остается на 2π.
A _утечка Leakage area.

Максимальная открытая площадь:

$A_{\max} = \frac{π}{4} d_{0}^{2} n_{0} + A_{l e a k} .$

Прямоугольное отверстие

Установка значения Orifice geometry Rectangular slot моделирует одно прямоугольное отверстие в втулке трубы.

Для отверстия с пазом в прямоугольной втулке открытая площадь

$A_{o r i f i c e} = w Δ S + A_{l e a k},$

где w - ширина отверстия.

Максимальное расстояние открытия между втулкой и корпусом:

$A_{\max} = w Δ S_{\max} + A_{l e a k} .$

где ΔS _max является Spool travel between closed and open orifice.

Численно-сглаженное перемещение

В крайних точках области значений открытия отверстия можно сохранить числовую робастность в симуляции, скорректировав Smoothing factor блоков. Сглаживающая функция применяется к каждому вычисленному перемещению, но в основном влияет на симуляцию в крайних точках этой области значений.

Нормированное открытие отверстия:

$Δ \hat{S} = \frac{Δ S}{Δ S_{\max}},$

где _ΔSmax является:

Diameter of round holes, когда Orifice parameterization установлено на Round holes.
Spool travel between closed and open orifice, когда Orifice parameterization установлено на Rectangular slot.

Когда Smoothing factor, f, ненулевая, функция сглаживания применяется к нормированному открытию:

$Δ {\hat{S}}_{s m o o t h e d} = \frac{1}{2} + \frac{1}{2} \sqrt{{(Δ \hat{S})}_{}^{2} + {(\frac{f}{4})}^{2}} - \frac{1}{2} \sqrt{{(Δ \hat{S} - 1)}^{2} + {(\frac{f}{4})}^{2}} .$

Сглаженное отверстие:

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

Порты

Сохранение

расширить все

`A` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

Входной или выходной порт жидкости в блок.

`B` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

Входной или выходной порт жидкости в блок.

Вход

расширить все

`S` - Перемещение органа управления, м
физический сигнал

Перемещение золотника в м, задается как физический сигнал.

Выход

расширить все

`F` - Сила потока, N
физический сигнал

Осевая сила потока в N, заданная как физический сигнал.

Параметры

расширить все

`Orifice geometry` - Тип отверстия
`Round holes` (по умолчанию) | `Rectangular slot`

Имеет ли моделируемый золотник круглые отверстия или прямоугольное отверстие в втулку.

`Diameter of round holes` - Диаметр круглых отверстий
`5e-3 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Диаметр всех отверстий на втулке.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Orifice geometry равным Round holes.

`Number of round holes` - Количество круглых отверстий
`6` (по умолчанию) | положительное целое число

Количество отверстий по окружности втулки.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Orifice geometry равным Round holes.

`Orifice width` - Прямоугольная ширина паза
`0.01 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Прямоугольное отверстие.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Orifice geometry равным Rectangular slot.

`Spool travel between closed and open orifice` - Максимальный штрих золотника
`1 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Максимальное открытие отверстия, включая Spool position at maximum orifice area.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Orifice geometry равным Rectangular slot.

`Radial clearance` - Зазор золотник-гильза
`1e-5 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Радиальное расстояние между золотником и втулкой.

`Spool position at closed orifice` - Начальное смещение золотника
`0 m` (по умолчанию) | скаляром

Начальное смещение, если золотник выпущен или убран в нейтральном положении.

`Opening orientation` - Направление площади меняющегося отверстия
`Positive spool displacement opens orifice` (по умолчанию) | `Negative spool displacement closes orifice`

Направление движения представителя, которое открывает отверстие. Положительная ориентация указывает, что положительное перемещение органа управления увеличивает открытие отверстия. Отрицательная ориентация указывает, что отрицательное перемещение органа управления увеличивает открытие отверстия. Величина всегда положительная.

`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.

Примеры моделей

Соленоид управления давлением

Моделируйте, параметризовайте и тестируйте электромагнитный клапан регулирования давления. Этот пример также генерирует график зависимости между приложенной соленоидной силой и полученным давлением в порте привода.

Ссылки

[1] Манринг, N. Гидравлические Системы Управления. John Wiley & Sons, 2005.

[2] Merritt, H. Гидравлические Системы Управления. Уайли, 1967.

См. также

Отверстие золотника (IL) | Переменное перекрытие отверстия (IL)

Введенный в R2020a

Документация

Spool Orifice Flow Force (IL)

Описание

Сила потока

Площадь открытия

Численно-сглаженное перемещение

Порты

Сохранение

`A` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

`B` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

Вход

`S` - Перемещение органа управления, м
физический сигнал

Выход

`F` - Сила потока, N
физический сигнал

Параметры

`Orifice geometry` - Тип отверстия
`Round holes` (по умолчанию) | `Rectangular slot`

`Diameter of round holes` - Диаметр круглых отверстий
`5e-3 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

`Number of round holes` - Количество круглых отверстий
`6` (по умолчанию) | положительное целое число

Зависимости

`Orifice width` - Прямоугольная ширина паза
`0.01 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

`Spool travel between closed and open orifice` - Максимальный штрих золотника
`1 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

`Radial clearance` - Зазор золотник-гильза
`1e-5 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Spool position at closed orifice` - Начальное смещение золотника
`0 m` (по умолчанию) | скаляром

`Opening orientation` - Направление площади меняющегося отверстия
`Positive spool displacement opens orifice` (по умолчанию) | `Negative spool displacement closes orifice`

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

Примеры моделей

Соленоид управления давлением

Ссылки

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Документация

Spool Orifice Flow Force (IL)

Описание

Сила потока

Площадь открытия

Численно-сглаженное перемещение

Порты

Сохранение

A - Порт жидкости изотермическая жидкость

B - Порт жидкости изотермическая жидкость

Вход

S - Перемещение органа управления, м физический сигнал

Выход

F - Сила потока, N физический сигнал

Параметры

Orifice geometry - Тип отверстия Round holes (по умолчанию) | Rectangular slot

Diameter of round holes - Диаметр круглых отверстий 5e-3 m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Number of round holes - Количество круглых отверстий 6 (по умолчанию) | положительное целое число

Зависимости

Orifice width - Прямоугольная ширина паза 0.01 m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Spool travel between closed and open orifice - Максимальный штрих золотника 1 m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Radial clearance - Зазор золотник-гильза 1e-5 m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Spool position at closed orifice - Начальное смещение золотника 0 m (по умолчанию) | скаляром

Opening orientation - Направление площади меняющегося отверстия Positive spool displacement opens orifice (по умолчанию) | Negative spool displacement closes orifice

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

Примеры моделей

Соленоид управления давлением

Ссылки

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

`A` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

`B` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

`S` - Перемещение органа управления, м
физический сигнал

`F` - Сила потока, N
физический сигнал

`Orifice geometry` - Тип отверстия
`Round holes` (по умолчанию) | `Rectangular slot`

`Diameter of round holes` - Диаметр круглых отверстий
`5e-3 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Number of round holes` - Количество круглых отверстий
`6` (по умолчанию) | положительное целое число

`Orifice width` - Прямоугольная ширина паза
`0.01 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Spool travel between closed and open orifice` - Максимальный штрих золотника
`1 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Radial clearance` - Зазор золотник-гильза
`1e-5 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Spool position at closed orifice` - Начальное смещение золотника
`0 m` (по умолчанию) | скаляром

`Opening orientation` - Направление площади меняющегося отверстия
`Positive spool displacement opens orifice` (по умолчанию) | `Negative spool displacement closes orifice`

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