Temperature Control Valve (TL)

Клапан управления потоком с приведением в действие на основе температуры

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

Описание

Блок Temperature Control Valve (TL) моделирует отверстие с термостатом как механизм регулирования потока. Термостат содержит датчик температуры и механизм открытия чёрного ящика - тот, чья геометрия и механика имеют значение меньше, чем его эффекты. Датчик реагирует с небольшой задержкой, захваченной временной задержкой первого порядка, на изменения температуры.

Когда датчик считывает температуру, превышающую заданное значение активации, механизм открытия приводится в действие. Клапан начинает открываться или закрываться, в зависимости от выбранного режима работы - первого случая, соответствующего нормально закрытому клапану, и второго - нормально открытому клапану. Изменение площади открытия продолжается до предела области значений регулирования температуры клапана, за пределами которого площадь открытия является постоянной.

Функция сглаживания позволяет площади открытия клапана плавно изменяться между полностью закрытым и полностью открытым положениями. Функция сглаживания делает это путем удаления внезапных изменений площади открытия в нулевом и максимальном положениях мяча. Рисунок показывает эффект сглаживания на кривой площади открытия клапана.

Сглаживание кривой площади открытия

Площадь открытия клапана

Вычисление площади открытия клапана основано на линейном выражении

$S_{L i n e a r} = (\frac{S_{E n d} - S_{S t a r t}}{T_{R a n g e}}) (T_{S e n s o r} - T_{A c t i v a t i o n}) + S_{S t a r t},$

где:

S _Linear является площадью открытия линейного клапана.
S _Start - площадь открытия клапана в начале области значений температурных срабатываний. Эта область зависит от настройки Valve operation параметра:

$S_{S t a r t} = {\begin{array}{l} S_{L e a k}, & Клапан открывается выше температуры активации \\ S_{M a x}, & Клапан закрывается выше температуры активации \end{array}$
S _End является площадью открытия клапана в конце области значений температурных срабатываний. Эта область зависит от настройки Valve operation параметра:

$S_{E n d} = {\begin{array}{l} S_{M a x}, & Клапан открывается выше температуры активации \\ S_{L e a k}, & Клапан закрывается выше температуры активации \end{array}$
S _Max - площадь открытия клапана в положении полностью открытого отверстия.
S _Утечка - это площадь открытия клапана в положении полностью закрытого отверстия. В этом положении остается только поток утечек.
T _{Область значений} является областью значений регулирования температуры.
T _{Активация} - это минимальная температура, необходимая для управления клапаном.
T _Sensor - это измеренная температура клапана .

Модель клапана рассчитывает задержку первого порядка в измеренной температуре клапана через дифференциальное уравнение:

$\frac{d}{d t} (T_{S e n s o r}) = \frac{T_{A v g} - T_{S e n s o r}}{τ},$

где:

T _Avg является арифметикой значением температуры порта клапана,

$T_{A v g} = \frac{T_{A} + T_{B}}{2},$
где T A и _T B - температуры в портах А и B.
τ - Sensor time constant значение, заданное в диалоговом окне блока.

Выражения открытия клапана вносят нежелательные разрывы в полностью открытом и полностью закрытом положениях. Блок устраняет эти разрывы с помощью полиномиальных выражений, которые сглаживают переходы в полностью открытые и положения полностью закрытого отверстия и из них. Выражения сглаживания клапана

$λ_{L} = 3 {\bar{T}}_{L}^{2} - 2 {\bar{T}}_{L}^{3}$

$λ_{R} = 3 {\bar{T}}_{R}^{2} - 2 {\bar{T}}_{R}^{3}$

где:

${\bar{T}}_{L} = \frac{T_{S e n s o r} - T_{A c t i v a t i o n}}{Δ T_{s m o o t h}}$

${\bar{T}}_{R} = \frac{T_{S e n s o r} - (T_{A c t i v a t i o n} + T_{R a n g e} - Δ T_{s m o o t h})}{Δ T_{s m o o t h}} .$

В уравнениях:

λ L является выражением сглаживания для полностью закрытой фрагмента кривой открытия клапана .
λ R является выражением сглаживания, примененным к полностью открытому фрагменту кривой открытия клапана.
ΔT _{гладкой} является область сглаживания температуры:

$Δ T_{s m o o t h} = f_{s m o o t h} \frac{T_{R a n g e}}{2},$
где f _smooth является коэффициентом сглаживания от 0 до 1.

Сглаженная площадь открытия клапана задается кусочно-условным выражением

$S_{R} = {\begin{array}{l} S_{S t a r t}, & T_{S e n s o r} \leq T_{A c t i v a t i o n} \\ S_{S t a r t} (1 - λ_{L}) + S_{L i n e a r} λ_{L}, & T_{S e n s o r} < T_{A c t i v a t i o n} + Δ T_{s m o o t h} \\ S_{L i n e a r}, & T_{S e n s o r} < T_{A c t i v a t i o n} + T_{R a n g e} - Δ T_{s m o o t h} \\ S_{L i n e a r} (1 - λ_{R}) + S_{E n d} λ_{R}, & T_{S e n s o r} < T_{A c t i v a t i o n} + T_{R a n g e} \\ S_{E n d}, & T_{S e n s o r} \geq T_{A c t i v a t i o n} + T_{R a n g e} \end{array},$

где:

S R является площадью открытия сглаженного клапана.

Баланс массы

Уравнение сохранения массы в клапане

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

где:

${\dot{m}}_{A}$ - массовый расход жидкости в клапан через порт А.
${\dot{m}}_{B}$ - массовый расход жидкости в клапан через порт B.

Энергетический баланс

Уравнение сохранения энергии в клапане

$ϕ_{A} + ϕ_{B} = 0,$

где:

ϕ A - это расход энергии в клапан через порт A.
ϕ B - это расход энергии в клапан через порт B.

Баланс импульса

Уравнение сохранения импульса в клапане

$p_{A} - p_{B} = \frac{\dot{m} \sqrt{{\dot{m}}^{2} + {\dot{m}}_{c r}^{2}}}{2 ρ_{A v g} C_{d}^{2} S^{2}} [1 - {(\frac{S_{R}}{S})}^{2}] P R_{L o s s},$

где:

p A и _p B - это давления в портах А и B.
$\dot{m}$ - массовый расход жидкости.
${\dot{m}}_{c r}$ - критический массовый расход жидкости:

${\dot{m}}_{c r} = {Re}_{c r} μ_{A v g} \sqrt{\frac{π}{4} S_{R}} .$
ρ _Avg - средняя плотность жидкости.
C d - коэффициент расхода.
S - площадь входного отверстия клапана.
PR _Loss - это отношение давления:

$P R_{L o s s} = \frac{\sqrt{1 - {(S_{R} / S)}^{2} (1 - C_{d}^{2})} - C_{d} (S_{R} / S)}{\sqrt{1 - {(S_{R} / S)}^{2} (1 - C_{d}^{2})} + C_{d} (S_{R} / S)} .$

Порты

A - Порт терможидкости, представляющий входное отверстие А клапана
B - Порт терможидкости, представляющий вход в клапан B

Параметры

Вкладка « параметры»

Valve operation

Эффект температуры жидкости на операцию клапана. Опции включают Opens above activation temperature и Closes above activation temperature. Настройкой по умолчанию является Opens above activation temperature.

Activation temperature

Температура, необходимая для приведения в действие клапана. Если для параметра Valve operation задано значение Opens above activation temperatureклапан начинает открываться при температуре активации. Если для параметра Valve operation задано значение Closes above activation temperatureклапан начинает закрываться при температуре активации. Значение по умолчанию 330 K.

Temperature regulation range

Изменение температуры по сравнению с температурой активации, необходимой для полного открытия клапана. Значение по умолчанию 8 K, соответствующий полностью открытому клапану при температуре 338 K.

Sensor time constant

Временная константа в уравнении первого порядка, используемая для аппроксимации динамики датчика температуры. Значение по умолчанию 1.5 с.

Maximum opening area

Площадь потока клапана в положении полностью открытого отверстия. Значение по умолчанию 1e-4 м ^ 2.

Leakage area

Область, через которую жидкость может течь в полностью закрытом положении клапана. Эта область учитывает утечки между входными отверстиями клапана. Значение по умолчанию 1e-12 м ^ 2.

Smoothing factor

Фрагмент кривой площади открытия для сглаживания, выраженная как дробь. Сглаживание устраняет разрывы в минимальном и максимальном положениях клапана расхода. Коэффициент сглаживания должен быть между 0 и 1.

Сглаживание кривой площади открытия

Значение 0 соответствует линейному выражению с нулевым сглаживанием. Значение 1 соответствует нелинейному выражению с максимальным сглаживанием. Значение по умолчанию 0.01, соответствующий нелинейной области, охватывающей 1% от размера полной кривой.

Cross-sectional area at ports A and B

Площадь, нормальная к направлению потока в входных отверстиях клапана. Эта площадь принята одинаковой для всех входных отверстий. Значение по умолчанию 0.01 м ^ 2.

Characteristic longitudinal length

Приблизительная длина клапана. Этот параметр обеспечивает меру продольной шкалы клапана. Значение по умолчанию 0.1 м ^ 2.

Discharge coefficient

Полу-эмпирический параметр, обычно используемый как мера эффективности клапана. Коэффициент расхода определяется как отношение фактического массового расхода жидкости через клапан к его теоретическому значению.

Блок использует этот параметр для расчета эффектов геометрии клапана на массовые расходы жидкости. Учебники и таблицы данных клапанов являются общими источниками значений коэффициентов расхода. По определению все значения должны быть больше 0 и меньше 1. Значение по умолчанию 0.7.

Critical Reynolds number

Число Рейнольдса, соответствующее переходу между режимами ламинарного и турбулентного течения. Поток через клапан принимается ламинарным ниже этого значения и турбулентным над ним. Соответствующие значения для использования зависят от конкретной геометрии клапана. Значение по умолчанию 12.

Вкладка Переменные

Sensor temperature: Температура жидкости в начале симуляции. Значение по умолчанию 293.15 K, соответствующий комнатной температуре.
Mass flow rate into port A: Массовый расход жидкости в компонент через порт A в начале симуляции. Значение по умолчанию 1 kg/s.

Примеры моделей

Система охлаждения Engine

Моделируйте систему охлаждения двигателя с контуром охлаждения масла, используя блоки Simscape™ Fluids™ Thermal Liquid. Система включает контур хладагента и контур охлаждения масла. Насос постоянной производительности управляет хладагентом через контур охлаждения. Основной фрагмент тепла от двигателя поглощается охлаждающей средой и рассеивается через излучателя. Температура системы регулируется термостатом, который отводит поток на излучателя только тогда, когда температура выше порога. Контур охлаждения масла также поглощает часть тепла от двигателя. Тепло, добавляемое к маслу, передается хладагенту теплообменником масло-хладагент. Излучатель является блоком E-NTU Теплообменник (TL) с потоком на воздушной стороне, управляемым входами физического сигнала. Теплообменник с охлаждающим маслом является блоком E-NTU (TL-TL). И насос хладагента, и масляный насос приводятся в действие частотой скорости вращения двигателя.

Документация

Temperature Control Valve (TL)

Описание

Площадь открытия клапана

Баланс массы

Энергетический баланс

Баланс импульса

Порты

Параметры

Вкладка « параметры»

Вкладка Переменные

Примеры моделей

Система охлаждения Engine

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Документация

Temperature Control Valve (TL)

Описание

Площадь открытия клапана

Баланс массы

Энергетический баланс

Баланс импульса

Порты

Параметры

Вкладка « параметры»

Вкладка Переменные

Примеры моделей

Система охлаждения Engine

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + + Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®