Variable Orifice

Типовое гидравлическое отверстие с отверстием переменного сечения

Библиотека

Отверстия

Описание

Блок представляет отверстию переменного сечения любого типа как модель , основанная на таблице данных. В зависимости от данных, перечисленных в каталогах производителей или таблицах данных для вашего конкретного отверстия, можно выбрать одну из следующих опций модели параметризации:

By maximum area and opening - Используйте эту опцию, если в таблице данных указана только максимальная площадь отверстия и максимальный штрих поршня управления.
By area vs. opening table - Используйте эту опцию, если в каталоге или табличных данных представлена таблица площади канала отверстия, основанная на перемещении органа управления A=A(h).
By pressure-flow characteristic - Используйте эту опцию, если в каталоге или табличных данных представлена двумерная таблица характеристик скорость-давления q=q(p,h).

В первом случае площадь канала принята линейно зависимой от перемещения органа управления, то есть отверстие принято закрытым при исходном положении поршня управления (нулевое перемещение), а максимальное открытие происходит при максимальном перемещении. Во втором случае площадь прохода определяется одномерной интерполяцией из таблицы A=A(h). В обоих случаях небольшая площадь утечек считается существующей даже после того, как отверстие полностью закрыто. Физически он представляет собой возможный зазор в закрытом клапане, но основной целью параметра является поддержание вычислительной целостности контура путем предотвращения изоляции фрагмента системы после того, как клапан полностью закрыт. Изолированная или «висящая» часть системы может повлиять на вычислительную эффективность и даже вызвать отказ расчетов.

В первом и втором случаях скорость потока жидкости вычисляется согласно следующим уравнениям:

$q = C_{D} \cdot A (h) \sqrt{\frac{2}{ρ}} \frac{Δ p}{{(Δ p^{2} + p_{Cr}^{2})}^{1 / 4}},$

$Δ p = p_{A} - p_{B},$

$h = x_{0} + x \cdot o r$

Для первого варианта параметризации площадь открытия (A) является кусочно-линейной функцией перемещения органа управления (h). Площадь достигает своего значения утечки, когда поршень управления находится в положении полностью закрытого отверстия (h _мин). Он достигает своего максимального значения, когда поршень управления находится в положении полностью открытого отверстия (_{h max}).

$A (h) = {\begin{array}{l} A_{leak} & h \leq h_{min} \\ \frac{A_{max}}{h_{max}} h, & h > 0 \\ A_{max}, & h \geq h_{max} \end{array}$

Минимальное перемещение органа управления определяется как:

$h_{min} = \frac{h_{max}}{A_{max}} A_{leak}$

Для второй параметризации площадь открытия является табличной функцией от перемещения органа управления. Как и при линейной параметризации, площадь достигает своего значения утечки, когда поршень управления находится в положении полностью закрытого отверстия, и она достигает своего максимального значения, когда поршень управления находится в положении полностью открытого отверстия. Между закрытым и открытым положениями:

$A = f (h)$

Таблица суммирует параметры, используемые в уравнениях.

q	Скорость потока жидкости
p	Перепад давления
p A, _p B	Абсолютные давления на клеммах блоков
C D	Коэффициент расхода потока
A(h)	Площадь канала мгновенного отверстия
A _max	Максимальная площадь отверстия
h _max	Максимальное перемещение поршня управления
<reservedrangesplaceholder0> 0	Начальное открытие
x	Перемещение органа управления из начального положения
h	Открытие отверстия
or	Индикатор ориентации отверстия. Переменная принимает значение + 1, если перемещение органа управления в глобально присвоенном положительном направлении открывает отверстие, и -1, если положительное движение уменьшает открытие.
ρ	Плотность жидкости
A _утечки	Площадь утечек закрытого отверстия
p _cr	Минимальное давление турбулентного течения

Минимальное давление для турбулентного потока, p _cr, вычисляется согласно определенному методу перехода из ламинарного режима течения:

По отношению давления - переход от ламинарного к турбулентному режиму определяется следующими уравнениями:

p _cr = (_{p avg} + _p atm) (1 _- B лам)

p _avg = (_p A + p B )/2

где

p _avg	Среднее давление между клеммами блоков
p _атм	Атмосферное давление, 101325 Па
B _лам	Отношение давления на переходном режиме между ламинарным и турбулентным режимами (Laminar flow pressure ratio значение параметров)

По числу Рейнольдса - переход от ламинарного к турбулентному режиму определяется следующими уравнениями:

$p_{c r} = \frac{ρ}{2} {(\frac{{Re}_{c r} \cdot ν}{C_{D} \cdot D_{H}})}^{2}$

$D_{H} = \sqrt{\frac{4 A}{π}}$

где

D H	Гидравлический диаметр мгновенного отверстия
ν	Кинематическая вязкость жидкости
Re _cr	Критическое число Рейнольдса (Critical Reynolds number значение параметров)

В третьем случае, когда отверстие задано характеристиками скорость-давления, скорость потока жидкости определяется двумерной интерполяцией. В этом случае не учитываются ни режим течения, ни уровня утечек, поскольку эти функции учитываются табличными данными. Характеристики скорость-давления заданы тремя наборами данных: массив открытий отверстия, массив перепадов давления через отверстие и матрица значений скорости потока жидкости. Каждое значение скорости потока жидкости соответствует определенной комбинации открытия и перепада давления.

Блок имеет положительное направление от порта А до порта B. Это означает, что скорость потока жидкости положительная, если она течет от A до B, и перепад давления определяется как $Δ p = p_{A} - p_{B},$ . Положительный сигнал на порте физического сигнала S открывает или закрывает отверстие в зависимости от значения индикатора ориентации отверстия.

Основные допущения и ограничения

Инерция жидкости не учитывается.
Для отверстий, заданных характеристиками скорость-давления (третья опция параметризации), модель явно не учитывает режима течения или уровня утечек, потому что сведенные в таблицу данные учитываются для этих характеристик.

Параметры

Model parameterization

Выберите один из следующих методов определения отверстия:

By maximum area and opening - Обеспечить значения максимальной площади постоянного отверстия и максимального открытия отверстия. Площадь канала линейно зависит от перемещения органа управления, то есть отверстие закрывается при исходном положении поршня управления (нулевое перемещение), и максимальное открытие происходит при максимальном перемещении. Это метод по умолчанию.
By area vs. opening table - Предоставить табличные данные по открытиям отверстия и соответствующим площадям постоянного отверстия. Площадь прохода определяется одномерным поиском таблицы. У вас есть выбор из двух методов интерполяции и двух методов экстраполяции.
By pressure-flow characteristic - Предоставить табличные данные о открытиях отверстия, перепадах давления и соответствующих скоростях потока жидкости. Скорость потока жидкости определяется двумерным поиском по таблице. У вас есть выбор из двух методов интерполяции и двух методов экстраполяции.

Orifice maximum area

Укажите площадь полностью открытого отверстия. Значение значения параметров должно быть больше нуля. Значение по умолчанию 5e-5 м ^ 2. Этот параметр используется, если Model parameterization установлено на By maximum area and opening.

Orifice maximum opening

Задайте максимальное перемещение поршня управления. Значение значения параметров должно быть больше нуля. Значение по умолчанию 5e-4 m. Этот параметр используется, если для Model parameterization задано значение By maximum area and opening.

Orifice opening vector, s

Задайте вектор значений входа для открытий отверстия как одномерный массив. Вектор входных значений должен быть строго увеличен. Значения могут быть неоднородно разнесены. Минимальное количество значений зависит от метода интерполяции: необходимо задать как минимум два значения для линейной интерполяции, как минимум три значения для сплайна-интерполяции. Значения по умолчанию, в метрах [-0.002 0 0.002 0.005 0.015]. Если для Model parameterization задано значение By area vs. opening tableзначения Tabulated orifice openings будут использоваться вместе с Tabulated orifice area значениями для одномерного поиска в таблице. Если для Model parameterization задано значение By pressure-flow characteristicзначения Tabulated orifice openings будут использоваться вместе с Tabulated pressure differentials и Tabulated flow rates для двумерного поиска таблицы.

Orifice area vector

Задайте вектор площадей постоянного отверстия как одномерный массив. Вектор должен быть того же размера, что и вектор открытий отверстия. Все значения должны быть положительными. Значения по умолчанию в m ^ 2 [1e-09 2.0352e-07 4.0736e-05 0.00011438 0.00034356]. Этот параметр используется, если Model parameterization установлено на By area vs. opening table.

Pressure differential vector, dp

Задайте вектор перепада давления как одномерный массив. Вектор должен быть строго увеличен. Значения могут быть неоднородно разнесены. Минимальное количество значений зависит от метода интерполяции: необходимо задать как минимум два значения для линейной интерполяции, как минимум три значения для сплайна-интерполяции. Значения по умолчанию в Pa [-1e+07 -5e+06 -2e+06 2e+06 5e+06 1e+07]. Этот параметр используется, если Model parameterization установлено на By pressure-flow characteristic.

Volumetric flow rate table, q(s,dp)

Задайте скорости потока жидкости как m-by- n матрица, где m количество открытий отверстия и n количество перепадов давления. Каждое значение в матрице определяет скорость потока жидкости, происходящей при определенной комбинации открытия отверстия и перепада давления. Размер матрицы должен совпадать с размерами исходных векторов. Значения по умолчанию в м ^ 3/с :

[-1e-07 -7.0711e-08 -4.4721e-08 4.4721e-08 7.0711e-08 1e-07;
 -2.0352e-05 -1.4391e-05 -9.1017e-06 9.1017e-06 1.4391e-05 2.0352e-05;
 -0.0040736 -0.0028805 -0.0018218 0.0018218 0.0028805 0.0040736;
 -0.011438 -0.0080879 -0.0051152 0.0051152 0.0080879 0.011438;
 -0.034356 -0.024293 -0.015364 0.015364 0.024293 0.034356;]

Этот параметр используется, если Model parameterization установлено на By pressure-flow characteristic.

Interpolation method

Выберите один из следующих методов интерполяции для аппроксимации выхода значения, когда вход значение находится между двумя последовательными сеточными точками:

Linear - Выберите эту опцию, чтобы получить лучшую эффективность.
Smooth - Выберите эту опцию, чтобы создать непрерывную кривую (By area vs. opening table) или поверхность (By pressure-flow characteristic) с непрерывными производными первого порядка.

Для получения дополнительной информации об алгоритмах интерполяции смотрите страницы PS Lookup Table (1D) и PS Lookup Table (2D) блочных ссылок.

Extrapolation method

Выберите один из следующих методов экстраполяции для определения значения выхода, когда значение входа находится вне диапазона, заданного в списке аргументов:

Linear - Выберите эту опцию, чтобы создать кривую или поверхность с непрерывными производными первого порядка в области экстраполяции и на контуре с областью интерполяции.
Nearest - Выберите эту опцию, чтобы создать экстраполяцию, которая не идет выше высшей точки в данных или ниже самой нижней точки в данных.

Для получения дополнительной информации об алгоритмах экстраполяции смотрите страницы PS Lookup Table (1D) и PS Lookup Table (2D) блочных ссылок.

Orifice orientation

Параметр введен, чтобы задать эффект движения поршня управления отверстием на открытие клапана. Параметр может быть установлен в одну из двух опций: Opens in positive direction или Opens in negative direction. Значение Opens in positive direction задает отверстие, поршень управления которого открывает клапан, когда он смещен в глобальное положительное направление. Параметр чрезвычайно полезен для построения клапанной кромки распределителя со всеми отверстиями, управляемыми одним и тем же золотником. Значение по умолчанию Opens in positive direction.

Flow discharge coefficient

Полуэмпирический параметр для емкостной характеристики отверстия. Его значение зависит от геометрических свойств отверстия и обычно приводится в учебниках или таблицах данных производителя. Значение по умолчанию 0.7.

Initial opening

Начальное открытие отверстий. Параметр может быть положительным (приоткрытое отверстие), отрицательным (перекрывающееся отверстие) или равным нулю для установки нулевого перекрытия. Значение начального открытия не зависит от ориентации отверстия. Значение по умолчанию 0.

Leakage area

Общая площадь возможных утечек в полностью закрытом отверстии. Основной целью параметра является поддержание вычислительной целостности цепи путем предотвращения изоляции фрагмента системы после полного закрытия клапана. Значение значения параметров должно быть больше 0. Значение по умолчанию 1e-12 м ^ 2.

Laminar transition specification

Выберите для блока режим перехода между ламинарным и турбулентным течениями:

Pressure ratio - Переход от ламинарного к турбулентному режиму плавен и зависит от значения параметра Laminar flow pressure ratio. Этот метод обеспечивает лучшую сходимость моделирования.
Reynolds number - переход от ламинарного к турбулентному режиму происходит, когда число Рейнольдса достигает значения, заданного параметром Critical Reynolds number.

Laminar flow pressure ratio

Отношение давления, при котором поток переходит между ламинарным и турбулентным режимами. Значение по умолчанию 0.999. Этот параметр видим, только если параметр Laminar transition specification установлен в Pressure ratio.

Critical Reynolds number

Максимальное значение числа Рейнольдса для ламинарного течения. Значение параметра зависит от геометрического профиля отверстия. Вы можете найти рекомендации для определения значения этого параметра в учебниках гидравлики. Значение по умолчанию 12. Этот параметр видим, только если параметр Laminar transition specification установлен в Reynolds number.

Вкладка Переменные

Volumetric flow rate: Скорость потока жидкости, заданная как объем жидкости в модуль времени в начальный момент времени. Это значение призвано помочь во время компиляции модели. Фактическая скорость потока жидкости может различаться, если это необходимо, чтобы удовлетворить всем ограничениям модели. Установите уровень Priority равным High для определения приоритета заданного значения во время сборки блока.
Pressure drop: Скачок давления от порта А до порта B в начальный момент времени. Это значение призвано помочь во время компиляции модели. Фактическая скорость потока жидкости может различаться, если это необходимо, чтобы удовлетворить всем ограничениям модели. Установите уровень Priority равным High для определения приоритета заданного значения во время сборки блока.

Ограниченные параметры

Глобальные параметры

Параметры, определяемые типом рабочей жидкости:

Fluid density
Fluid kinematic viscosity

Используйте блок Hydraulic Fluid или блок Custom Hydraulic Fluid, чтобы задать свойства жидкости.

Порты

Блок имеет следующие порты:

A: Гидравлический порт сопоставлен с входным отверстием отверстия.
B: Гидравлический порт сопоставлен с выходным отверстием отверстия.
S: Порт физического сигнала для управления перемещением золотника.

Скорость потока жидкости положительная, если жидкость течет из порта A в порт B. Положительный сигнал на порте физического сигнала S открывает или закрывает отверстие в зависимости от значения Orifice orientation параметра.

Примеры

Пример Гидравлического Усилителя-Сопла иллюстрирует использование блока Variable Orifice в гидравлических системах.

Расширенные возможности

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

См. также

Введенный в R2006a

Документация

Variable Orifice

Библиотека

Описание

Основные допущения и ограничения

Параметры

Глобальные параметры

Порты

Примеры

Расширенные возможности

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

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Документация

Variable Orifice

Библиотека

Описание

Основные допущения и ограничения

Параметры

Глобальные параметры

Порты

Примеры

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 ®