Variable Orifice ISO 6358 (G)

Ограничение потока переменной площади, смоделированной по ISO 6358

  • Библиотека:
  • Simscape/Жидкости/Газ/Клапаны и Отверстия

  • Variable Orifice ISO 6358 (G) block

Описание

Блок Variable Orifice ISO 6358 (G) моделирует падение давления, происходящее в газовой сети из-за чисто сопротивления элемента переменного размера - такого как контролируемое ограничение потока, отверстие или клапан - с помощью методов, описанных в стандарте ISO 6358. Эти методы используются в промышленности при измерении и отчетности характеристик газового потока. Доступность данных о коэффициентах формул ISO делает параметризации ISO полезными, когда геометрии компонентов недоступны или громоздки для определения.

Параметризация отверстия

Параметризация отверстия по умолчанию основана на наиболее рекомендуемых из методов ISO 6358: один, основанный на проводимости звука резистивного элемента в установившемся состоянии. Проводимость звука измеряет легкость, с которой газ может течь при дросселировании, условие, в котором скорость потока на своем теоретическом максимуме (локальная скорость звука). Дросселирование происходит, когда отношение между давлениями ниже по потоку и выше по потоку достигает критического значения, известного как отношение критического давления.

Остальные параметризации сформулированы в терминах альтернативных мер производительности потока: коэффициента потока (в любой из его форм, C v или K v) или размера ограничения потока. Коэффициент потока измеряет легкость, с которой газ может течь, когда управляется определенным перепадом давления. Определение C v отличается от определения K v в стандартном давлении и температуре, установленных в его измерении, и в физических единицах измерения, используемых в его выражении:

  • C v измеряется при общепринятой температуре 60°F и перепад давления 1 PSI; выражается в имперских модулях US gpm. Это коэффициент потока, используемый в модели, когда Orifice parameterization параметров блоков установлено на Cv coefficient (USCS).

  • K v измеряется при общепринятой температуре 15°C и перепад давления 1 bar; выражается в метрических модулях m^3/h. Это коэффициент потока, используемый в модели, когда Orifice parameterization параметров блоков установлено на Kv coefficient (SI).

Для выбранной меры пропускной способности требуется два значения (то, для которого названа параметризация отверстия): максимальное и минимальное. Максимум соответствует клапану, открытому на полную емкость; это значение, для которого данные коэффициентов часто сообщаются в таблицах данных клапана. Минимум соответствует закрытому герметичному клапану, когда остается только утечка, если она вообще есть. Эта нижняя граница служит, в основном, чтобы гарантировать числовую робастность модели. Его точное значение менее важно, чем то, что это (обычно очень маленькое) число, больше нуля.

Параметризации открытия

Проводимость звука и (в определенных настройках) отношение критического давления определяются во время симуляции с входного сигнала в порту L. Этот вход является управляющим сигналом, и это, в некоторых клапанах, связано с штрихом или подъема. Сигнал управления может варьироваться в значении от 0 на 1. Если задано меньшее или большее значение, оно корректируется до ближайшего из двух пределов. Другими словами, сигнал насыщается на 0 и 1.

Если параметризация отверстия изменена по умолчанию от Sonic conductance, проводимость звука и отношение критического давления определяются как линейные функции выбранной меры пропускной способности потока. Эта альтернативная мера, в свою очередь, получена из управляющего сигнала. Вычисления массового расхода жидкости жидкости выполняются как и прежде, используя уравнения, описанные в «Проводимость звука Parameterization».

Преобразование из сигнала управления в выбранную меру пропускной способности потока зависит от параметризации открытия, выбранной в блоке. Поток всегда максимально ограничен, когда сигнал управления 0 и минимально, когда сигнал управления 1. Однако в промежутке скорость потока жидкости, достигаемая в резистивном элементе, зависит от того, является ли параметризация открытия линейной или на основе табличных данных:

  • Linear - Мера пропускной способности (проводимость звука, коэффициент Cv, другой) пропорциональна управляющему сигналу в порту L. Эти два параметра изменяются совместно, пока сигнал управления не опустится ниже 0 (поток максимально ограничен) или поднимается выше 1 (поток минимально ограничен). Когда управляющий сигнал повышается от 0 на 1, величина пропускной способности потока масштабируется от заданного минимума до заданного максимума.

    При преобразовании в параметры параметризации проводимости звука и отношение критического давления, и дозвуковой индекс рассматриваются как константы, каждая независимо от управляющего сигнала.

  • Tabulated data - Мера пропускной способности является сведенной в таблицу функцией управляющего сигнала в порту L. Эта функция основана на односторонней интерполяционной таблице с управляющим сигналом, соответствующим абсциссе и мере пропускной способности до ординаты. Табличные данные должны быть заданы таким образом, чтобы мера пропускной способности потока увеличивалась монотонно с управляющим сигналом.

    При преобразовании в параметры параметризации проводимости звука отношение критического давления рассматривается как функция от управляющего сигнала, в то время как дозвуковой индекс рассматривается как константа.

Баланс массы

Объем жидкости внутри резистивного элемента, и, следовательно, его масса, приняты, очень маленькими, и это, для моделирования, проигнорировано. В результате никакое количество жидкости не может накопиться там. По принципу сохранения массы массовый расход жидкости в клапан через один порт должен равняться расходу из клапана через другой порт:

m˙A+m˙B=0,

где m˙ определяется как массовый расход жидкости в клапан через порт, обозначенный нижним индексом (A или B).

Баланс импульса

Причины падения давления, происходящих в каналах резистивного элемента, проигнорированы в блоке. Безотносительно их характера - внезапных изменений сечения, искривлений линии потока - только их совокупный эффект рассматривается во время симуляции. Именно этот совокупный эффект захватывает в модели проводимость звука в параметризации отверстия по умолчанию. Если выбрана другая параметризация, коэффициенты, на которых она основана, преобразуются в параметры параметризации по умолчанию; вычисление массового расхода жидкости затем выполняется, как описано в Проводимость звука Parameterization.

Проводимость звука

В дроссельном потоке массовый расход жидкости через резистивный элемент вычисляется как:

m˙ch=Cρ0pinT0Tin,

где:

  • C - проводимость звука внутри резистивного элемента.

  • ρ - плотность газа, здесь при стандартных условиях (нижний индекс 0, 1.185 kg/m^3).

  • p - абсолютное давление газа, здесь соответствующее входному отверстию (нижнему индексу in).

  • T - температура газа на входе (нижний индекс in) или при стандартных условиях (0, 293.15 K).

В дозвуковом и турбулентном потоке вычисление массового расхода жидкости жидкости становится:

m˙tur=Cρ0pinT0Tin[1(prbcr1bcr)2]m,

где:

  • p r - отношение между давлением ниже по потоку (p наружу) и давлением выше по потоку (p дюйма) (каждый измеряется при абсолютном нуле):

    pr=poutpin

  • b cr - критический коэффициент давления, при котором поток газа впервые начинает дросселироваться.

  • m - дозвуковой индекс, эмпирический коэффициент, используемый для более точной характеристики поведения дозвуковых потоков.

В дозвуковом и ламинарное течение вычисление массового расхода жидкости изменяется на:

m˙lam=Cρ0(poutpin1blam)T0Tin[1(blambcr1bcr)2]m,

где b lam - критическое отношение давления, при котором поток переходит между ламинарным и турбулентным режимами. Объединение вычислений для трёх режимов течения в кусочно-линейную функцию дает все отношения давления:

m˙={m˙бегство,если blampr<1m˙tur,если bcrpr<blamm˙ch,если pr<bcr,

Преобразование в проводимость звука

Если параметризация отверстия установлена в Cv coefficient (USCS)параметры вычисления массового расхода жидкости жидкости устанавливаются следующим образом:

  • Sonic conductance: C = 4E-8 * C v m ^ 3/( s * Pa)

  • Critical pressure ratio: b cr = 0,3

  • Subsonic index: m = 0.5

Если на Kv coefficient (SI) используется параметризация:

  • Sonic conductance: C = 4.78E-8 * K v m ^ 3/( s * Pa)

  • Critical pressure ratio: b cr = 0,3

  • Subsonic index: m = 0.5

Для Restriction area параметризация:

  • Sonic conductance: C = 0,128 * 4 S R/, L/( s * bar), где S - площадь потока в резистивном элементе (нижний индекс R).

  • Critical pressure ratio: b cr = 0,41 + 0,272 (S R/ S P) ^ 0,25

  • Subsonic index: m = 0.5

Энергетический баланс

Сопротивление элемента моделируется как адиабатический компонент. Между жидкостью и стенкой, которая ее окружает, не может происходить теплообмен. Никакая работа не выполняется на или жидкостью, когда она проходит от входного отверстия до выхода. При этих предположениях энергия может течь только путем авантюры, через порты А и B. По принципу сохранения энергии, сумма энергетических потоков в портах должна тогда всегда равняться нулю:

ϕA+ϕB=0,

где ϕ определяется как скорость потока жидкости энергии в клапан через один из портов (A или B).

Порты

Вход

расширить все

Управляющий сигнал, посредством которого можно задать открытие (в некоторых клапанах, сопоставленных с штрихом или подъема) отверстия. Отверстие полностью закрыто при значении 0 и полностью открыт при значении 1.

Сохранение

расширить все

Открытие, посредством которого поток может войти или выйти из сопротивления потоку. Какой из портов служит входным и какой - выходным, зависит от направления потока.

Открытие, посредством которого поток может войти или выйти из сопротивления потоку. Какой из портов служит входным и какой - выходным, зависит от направления потока.

Параметры

расширить все

Выбор метода ISO для использования при вычислении массового расхода жидкости. Все вычисления основаны на Sonic conductance параметризация. Если выбрана другая параметризация, коэффициенты, которые ее характеризуют, преобразуются в проводимость звука, отношение критического давления и дозвуковой индекс.

Метод, которым можно преобразовать управляющий сигнал, заданный в порту L, в выбранную меру пропускной способности потока (проводимость звука, либо из коэффициентов потока, либо из области ограничения). Для получения дополнительной информации о параметризациях открытия см. описание блока.

Значение проводимости звука, когда сигнал управления, заданный в порте L, 1. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, тогда на максимуме. Во время симуляции проводимость звука по промежуточным управляющим сигналам (оцениваемым между 0 и 1) задается линейной интерполяцией между этим значением и значением параметра Sonic conductance at leakage flow.

Значение проводимости звука, когда сигнал управления, заданный в порте L, 0. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, в таком случае минимальна, и между портами остается лишь незначительный поток утечек. Основной целью этого параметра является обеспечение численной робастности модели во время симуляции. Его точное значение менее важно, чем то, что это очень маленькое число, больше нуля.

Во время симуляции проводимость звука по промежуточным управляющим сигналам (оцениваемым между 0 и 1) задается линейной интерполяцией между этим значением и значением параметра Sonic conductance at maximum flow.

Отношение давления, при котором поток впервые начинает дросселироваться и скорость потока достигает своего максимума, задаваемого локальной скоростью звука. Отношение давления является долей абсолютного давления ниже по потоку от резистивного элемента по абсолютному давлению выше по потоку от того же компонента.

Вектор значений сигналов управления, при которых можно задать выбранную меру пропускной способности потока (проводимость звука, либо из коэффициентов потока, либо из области ограничения). Управляющий сигнал ограничен на 0 и 1с каждым значением в этой области значений, соответствующим входной доле резистивного элемента. Чем больше значение, тем больше открытие и (обычно) тем легче поток.

Входные дроби должны увеличиться монотонно по вектору слева направо. Размер этого вектора должен быть таким же, как и у выбранной меры пропускной способности потока (Sonic conductance vector, Cv coefficient (USCS) vector, другое).

Вектор звуковых проводностей внутри резистивного элемента с каждой проводимостью, соответствующей значению в параметре Opening fraction vector. Звуковые проводимости должны увеличиться монотонно слева направо, с большими входными фракциями, обычно перемещающимися в большие звуковые проводимости. Размер вектора должен быть таким же, как и у Opening fraction vector.

Вектор коэффициентов критического давления, при которых поток первый дросселирует, с каждым коэффициентом критического давления, соответствующим значению в параметре Opening fraction vector. Отношение критического давления является частью давления ниже по потоку к давлению выше по потоку, при котором скорость потока достигает локальной скорости звука. Размер вектора должен быть таким же, как и у Opening fraction vector.

Экспонента, используемая для более точного вычисления массового расхода жидкости жидкости в дозвуковом режиме течения, как описано в ISO 6358. Этот параметр рассматривается как константа, независимая от доли открытия, заданной управляющим сигналом в порту L.

Значение коэффициента C v потока, когда сигнал управления, заданный в порте L, 1. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, тогда на максимуме. Во время симуляции коэффициент потока для промежуточных сигналов управления (тех, которые оцениваются между 0 и 1) задается линейной интерполяцией между этим значением и значением параметра Cv coefficient (USCS) at leakage flow.

Значение коэффициента C v потока, когда сигнал управления, заданный в порте L, 0. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, в таком случае минимальна, и между портами остается лишь незначительный поток утечек. Основной целью этого параметра является обеспечение численной робастности модели во время симуляции. Его точное значение менее важно, чем то, что это очень маленькое число, больше нуля.

Во время симуляции коэффициент потока для промежуточных сигналов управления (тех, которые оцениваются между 0 и 1) задается линейной интерполяцией между этим значением и значением параметра Cv coefficient (USCS) at maximum flow.

Вектор коэффициентов C v потока, выраженных в традиционных модулях США ft ^ 3 }/мин, с каждым коэффициентом, соответствующим значению в параметре Opening fraction vector. Коэффициенты потока должны увеличиться монотонно слева направо с большими начальными дробями, обычно переводящими в большие коэффициенты потока. Размер вектора должен быть таким же, как и у Opening fraction vector .

Значение коэффициента K v потока, когда сигнал управления, заданный в порте L, 1. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, тогда на максимуме. Во время симуляции коэффициент потока для промежуточных сигналов управления (тех, которые оцениваются между 0 и 1) задается линейной интерполяцией между этим значением и значением параметра Kv coefficient (SI) at leakage flow.

Значение коэффициента K v потока, когда сигнал управления, заданный в порте L, 0. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, в таком случае минимальна, и между портами остается лишь незначительный поток утечек. Основной целью этого параметра является обеспечение численной робастности модели во время симуляции. Его точное значение менее важно, чем то, что это очень маленькое число, больше нуля.

Во время симуляции коэффициент потока для промежуточных сигналов управления (тех, которые оцениваются между 0 и 1) задается линейной интерполяцией между этим значением и значением параметра Kv coefficient (SI) at maximum flow.

Вектор коэффициентов потока K v, выраженных в единицах СИ m ^ 3/hr, с каждым коэффициентом, соответствующим значению в параметре Opening fraction vector. Коэффициенты потока должны увеличиться монотонно слева направо с большими начальными дробями, обычно переводящими в большие коэффициенты потока. Размер вектора должен быть таким же, как и у Opening fraction vector .

Коэффициент расхода, выраженный в единицах СИ, м ^ 3/час. Этот параметр измеряет легкость, с которой газ пересекает резистивный элемент, когда управляется перепадом давления. Смотрите описание блока для соответствия между этими параметрами.

Значение площади потока в точке самой короткой апертуры, когда сигнал управления, заданный в порте L, 1. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, тогда на максимуме. Во время симуляции площадь потока промежуточных сигналов управления (тех, которые оцениваются между 0 и 1) задается линейной интерполяцией между этим значением и значением параметра Restriction area at leakage flow.

Значение площади потока в точке самой короткой апертуры, когда сигнал управления, заданный в порте L, 0. Площадь поперечного сечения, доступная для потока, в таком случае минимальна, и между портами остается лишь незначительный поток утечек. Основной целью этого параметра является обеспечение численной робастности модели во время симуляции. Его точное значение менее важно, чем то, что это очень маленькое число, больше нуля.

Во время симуляции площадь потока промежуточных сигналов управления (тех, которые оцениваются между 0 и 1) задается линейной интерполяцией между этим значением и значением параметра Restriction area at maximum flow.

Вектор площадей потока, измеренных в точке наименьшей апертуры, с каждой площадью потока, соответствующей значению в параметре Opening fraction vector. Площади потока должны увеличиться монотонно слева направо с большими входными фракциями, обычно перемещающимися в большие области потока. Размер вектора должен быть таким же, как и у Opening fraction vector.

Площадь , перпендикулярная линии потока для каждого порта. Порты приняты равными в размере. Площадь потока, заданная здесь, должна совпадать с площадями входных отверстий тех компонентов, с которыми соединяется резистивный элемент.

Отношение давления, при котором поток переходит между режимами ламинарного и турбулентного течения. Отношение давления является долей абсолютного давления ниже по потоку от резистивного элемента по абсолютному давлению выше по потоку от того же компонента. Типичные значения варьируются от 0.995 на 0.999.

Температура в стандартной ссылке, заданная как 293,15 K в ISO 8778.

Плотность в стандартной ссылке, заданная как 1,185 кг/м3 в ISO 8778.

Ссылки

[1] P. Beater, Пневматические приводы, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007.

Расширенные возможности

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

.

См. также

Введенный в R2018a