Spool Orifice (IL)

Отверстие золотника переменной площади в изотермической системе

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

Описание

Блок Отверстие Золотника (IL) моделирует отверстие переменной площади между золотником и втулкой с отверстиями. Отверстия в втулке могут быть либо серией круглых, либо прямоугольных отверстий. Скорость потока жидкости основана на общей площади открытия между втулкой, отверстиями и золотником, который простирается или отводится в соответствии с сигналом, принятым в порту S. Несколько блоков Отверстия Золотника (IL) могут быть соединены для нескольких наборов отверстий вдоль пары золотник-гильза.

Если перемещение золотника в вашей системе обеспечивается внешним источником или пользовательским блоком, и вы хотите, чтобы осевая сила потока была передана в систему, можно использовать блок Сила потока Отверстие золотника (IL), который применяет те же уравнения для силы, что и блок Отверстие золотника (IL).

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 является Orifice orientation, которое указывает на открытие отверстия, которое связано с положительным или отрицательным сигналом при S.

Площадь открытия отверстия

Для отверстий переменного сечения установка Orifice orientation равной Positive spool displacement opens the orifice указывает, что отверстие открывается, когда поршень управления простирается, в то время как Negative spool displacement opens the orifice указывает, что отверстие открывается при втягивании поршня управления.

Leakage area, A _утечки, рассматривается как небольшая площадь, открытая для потока, когда отверстие закрыто, что сохраняет численную непрерывность. Кроме того, ненулевая Smoothing factor может обеспечить повышенную числовую устойчивость, когда отверстие находится в почти закрытом или почти открытом положении.

Круглые отверстия

Установка значения Orifice parameterization Round holes равномерно распределяет определенное пользователем количество отверстий по периметру втулки с равными диаметрами и центрами, выровненными в одной плоскости.

Открытая площадь вычисляется как:

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

Угол открытия отверстия, θ, устанавливается управляющим сигналом на S:

$θ = 2 \cos^{- 1} (θ - \frac{2 Δ S}{d_{0}}),$

где:

n 0 - это количество отверстий.
d 0 - диаметр отверстий.
A _утечка $A_{l e a k} = c d_{0} n_{0} .$
ΔS - расстояние перемещения поршня управления, _{ε(S - Smin)}, где _Smin Control member position at closed orifice.

Максимальная открытая площадь:

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

Прямоугольное отверстие

Установка значения Orifice parameterization 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 - расстояние между отверстием Spool travel between closed and open orifice пазом.

При минимальной площади открытия отверстия площадь утечек составляет:

$A_{l e a k} = c w .$

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:

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

Уравнение массового расхода жидкости

Поток через отверстие золотника вычисляется уравнением скорость-давления:

$\dot{m} = \frac{C_{d} A_{o r i f i c e} \sqrt{2 \bar{ρ}}}{\sqrt{P R_{l o s s} (1 - {(\frac{A_{o r i f i c e}}{A})}^{2})}} \frac{Δ p}{{[Δ p^{2} + Δ p_{c r i t}^{2}]}^{1 / 4}},$

где:

C d является Discharge coefficient.
A является Cross-sectional area at ports A and B.
$\bar{ρ}$ - средняя плотность жидкости.
A _{отверстие} является открытой площадью отверстия, если :
- Проем больше или равен площади на Spool travel between closed and open orifice расстоянии. Площадь отверстия затем A _макс.
- Открытие отверстия меньше или равно минимальному расстоянию открытия. Площадь отверстия затем A _течь.

Критическое различие давления, Δp _крик, является перепадом давления, связанным с Critical Reynolds number, Re _криком, который является точкой перехода между ламинарным и турбулентным потоком в жидкости:

$Δ p_{c r i t} = \frac{π \bar{ρ}}{8 A_{o r i f i c e}} {(\frac{ν {Re}_{c r i t}}{C_{d}})}^{2} .$

Падение давления описывает уменьшение давления в отверстии из-за уменьшения площади. PR _потерь рассчитывается как:

$P R_{l o s s} = \frac{\sqrt{1 - {(\frac{A_{o r i f i c e}}{A_{p o r t}})}^{2} (1 - C_{d}^{2})} - C_{d} \frac{A_{o r i f i c e}}{A_{p o r t}}}{\sqrt{1 - {(\frac{A_{o r i f i c e}}{A_{p o r t}})}^{2} (1 - C_{d}^{2})} + C_{d} \frac{A_{o r i f i c e}}{A_{p o r t}}} .$

Восстановление давления описывает положительный скачок давления в отверстии 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

Входной или выходной порт жидкости в отверстие или из него.

`B` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

Входной или выходной порт жидкости в отверстие или из него.

Вход

расширить все

`S` - Перемещение органа управления, м
физический сигнал

Перемещение органа управления для отверстия переменной площади, в м.

Выход

расширить все

`F` - Сила потока, N
физический сигнал

Осевая сила потока, в Н.

Параметры

расширить все

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

Геометрия отверстия в втулке. Круглые отверстия разнесены равномерно по окружности поперечного сечения. В Rectangular slot только одно отверстие настройка.

`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 parametrization 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 parametrization 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 parametrization равным Rectangular slot.

`Spool travel between closed and open orifice` - Максимальный штрих поршня управления
`5e-3 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Максимальное расстояние перемещения поршня управления. Это значение предоставляет верхний предел вычислений, чтобы симуляции не возвращали нефизические значения.

Зависимости

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

`Flow force output` - Моделировать ли осевую гидравлическую силу на золотник
`Off` (по умолчанию) | `On`

Моделирует ли осевая гидравлическая сила на золотник. Когда этот параметр установлен в On, порт F включен и выводит осевую силу как физический сигнал, в N.

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

Радиальное расстояние между золотником и втулкой.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Flow force effect равным On.

`Leakage area` - Площадь зазора, когда клапан находится 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.

`Spool position at closed orifice` - Смещение золотника
`0` (по умолчанию) | скаляром

Смещение золотника, когда отверстие полностью открыто. Положительное, ненулевое значение указывает на частично закрытое отверстие. Отрицательное, ненулевое значение указывает на перекрывающееся отверстие, которое остается открытым для начального перемещения, заданного физическим сигналом в порту S.

`Cross-sectional area at ports A and B` - Площадь постоянного отверстия в портах сохранения
`inf m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Площадь поперечного сечения входного и выходного портов A и B. Эта область используется в уравнении скорость-давления, которое определяет массовый расход жидкости через отверстие.

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

Направление изменения площади для отверстий переменного сечения. Положительная ориентация открытия указывает на увеличение открытия отверстия. Отрицательная ориентация указывает на уменьшение открытия отверстия. Величина всегда положительная.

`Discharge coefficient` - Коэффициент расхода
`0.64` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в области значений [0,1]

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

Непрерывный коэффициент сглаживания, который вводит слой постепенного изменения отклика потока, когда отверстие 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.

Примеры моделей

Система инжекции дизельного Engine

Линейная многоэлементная система закачки дизельного топлива. Он состоит из кулачкового вала, лифтового насоса, четырех линейных нагнетательных насосов и четырех форсунок.

Hydraulic Axial-Piston Pump with Load-Sensing and Pressure-Limiting Control

Гидравлический аксиально-поршневой насос с измерением нагрузки и ограничением давления

Испытательная установка, предназначенная для исследования взаимодействия между аксиально-поршневым насосом и типовым модулем управления, одновременно выполняющим функции измерения нагрузки и ограничения давления. Чтобы увеличить точность симуляции, этот пример использует подробную модель насоса, которая учитывает взаимодействие между поршнями, наклонным диском и клапанным диском.

См. также

Кольцевые утечки (IL) | Отверстие (IL) | Сила потока отверстия золотника (IL) | Переменное перекрытие отверстия (IL)

Введенный в R2020a

Документация

Spool Orifice (IL)

Описание

Сила потока

Площадь открытия отверстия

Численно-сглаженное перемещение

Уравнение массового расхода жидкости

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 parameterization - 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 поршня управления 5e-3 m (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Flow force output - Моделировать ли осевую гидравлическую силу на золотник Off (по умолчанию) | On

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

Зависимости

Leakage area - Площадь зазора, когда клапан находится в положении полностью закрытого отверстия 1e-10 m ^ 2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Spool position at closed orifice - Смещение золотника 0 (по умолчанию) | скаляром

Cross-sectional area at ports A and B - Площадь постоянного отверстия в портах сохранения inf m^2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

Discharge coefficient - Коэффициент расхода 0.64 (по умолчанию) | положительная скалярная величина в области значений [0,1]

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

Pressure recovery - Учитывать ли увеличение давления при расширении площади Off (по умолчанию) | On

Примеры моделей

Система инжекции дизельного Engine

Гидравлический аксиально-поршневой насос с измерением нагрузки и ограничением давления

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 parameterization` - 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 поршня управления
`5e-3 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Flow force output` - Моделировать ли осевую гидравлическую силу на золотник
`Off` (по умолчанию) | `On`

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

`Leakage area` - Площадь зазора, когда клапан находится в положении полностью закрытого отверстия
`1e-10` m ^ 2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Spool position at closed orifice` - Смещение золотника
`0` (по умолчанию) | скаляром

`Cross-sectional area at ports A and B` - Площадь постоянного отверстия в портах сохранения
`inf m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

`Discharge coefficient` - Коэффициент расхода
`0.64` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в области значений [0,1]

`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

`Pressure recovery` - Учитывать ли увеличение давления при расширении площади
`Off` (по умолчанию) | `On`