Spool Orifice (IL)

Отверстие золотника переменной области в изотермической системе

Библиотека:
Simscape / Жидкости / Изотермическая Жидкость / Valves & Orifices / Отверстия

Описание

Блок Spool Orifice (IL) моделирует отверстие переменной области между золотником и втулкой с отверстиями. Отверстия втулки могут быть или серией круглых или прямоугольных отверстий. Скорость потока жидкости основана на общей площади открытия между втулкой, отверстиями и золотником, который расширяет или отрекается согласно сигналу, полученному в порте S. Несколько Отверстие Золотника (IL) блоки могут быть соединены для нескольких наборов отверстий вдоль пары втулки золотника.

Если бы смещение золотника в вашей системе предоставляется внешним источником или пользовательским блоком, и вы хотели бы, чтобы осевая сила потока была передана к системе, можно использовать блок Spool Orifice Flow Force (IL), который применяет те же уравнения для силы как блок Spool Orifice (IL).

Сила потока

Сила на золотнике вычисляется как:

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

где:

${\dot{m}}_{A}$ массовый расход жидкости в порте A.
ρ является плотностью жидкости.
A является отверстием открытая область, которая определяется положением золотника и параметризацией отверстия.
α является струйным углом, который вычисляется от приближения формулы Фон Мизеса:

$α_{j e t} = 0.3663 + 0.8373 (1 - e^{\frac{- h}{1.848 c}}),$
где c является Radial clearance, и h является открытием отверстия.
ε является Orifice orientation, который указывает на открытие отверстия, которое сопоставлено с положительным или отрицательным сигналом в S.

Область открытия отверстия

Для отверстий переменного сечения, установки Orifice orientation к Positive spool displacement opens the orifice указывает, что отверстие открывается, когда поршень управления расширяет, в то время как Negative spool displacement opens the orifice указывает, что отверстие открывается, когда поршень управления отрекается.

Leakage area, _утечка A, рассматривается небольшой площадью, открытой, чтобы течь, когда отверстие закрывается, который обеспечивает числовую непрерывность. Кроме того, ненулевой Smoothing factor может обеспечить увеличенную числовую устойчивость, когда отверстие находится в почти закрытой или почти открытой позиции.

Круглые отверстия

Установка Orifice parameterization к Round holes равномерно распределяет пользовательское количество отверстий вдоль периметра втулки с равными диаметрами и центрами, выровненными в той же плоскости.

Открытая область 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, установлен управляющим сигналом в S:

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

где:

n ₀ является количеством отверстий.
d ₀ является диаметром отверстий.
_Утечка A $A_{l e a k} = c d_{0} n_{0} .$
ΔS является поршнем управления, путешествуют на расстояние, _{ε(S - Smin)}, где _Smin является Control member position at closed orifice.

Максимальная открытая область:

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

Прямоугольное отверстие

Установка Orifice parameterization к Rectangular slot модели одно прямоугольное отверстие во втулке трубы.

Для отверстия с пазом в прямоугольной втулке открытая область

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

где w является шириной отверстия.

Максимальное вводное расстояние между втулкой и случаем:

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

где ΔS _макс. является отверстием паза расстояние Spool travel between closed and open orifice.

В минимальной области открытия отверстия область утечки:

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

Численно сглаживавшее смещение

В экстремальных значениях области значений открытия отверстия можно обеспечить числовую робастность в симуляции путем корректировки блока Smoothing factor. Функция сглаживания применяется к каждому расчетному смещению, но в основном влияет на симуляцию в экстремальных значениях этой области значений.

Нормированное открытие отверстия:

$Δ \hat{S} = \frac{Δ S}{Δ S_{\max}},$

где _ΔSmax:

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

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

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

Сглаживавшее открытие:

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

Уравнение массового расхода жидкости

Поток через отверстие золотника вычисляется уравнением скорости потока жидкости 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.
_{Отверстие} A, отверстие открытая область, если:
- Открытие больше, чем или равно области на расстоянии Spool travel between closed and open orifice. Площадью постоянного отверстия является затем A _{максимум.}
- Открытие отверстия меньше чем или равно минимальному вводному расстоянию. Площадь постоянного отверстия является затем _{утечкой} A.

Критическим перепадом давлений, _{критикой} Δp, является перепад давления, сопоставленный с Critical Reynolds number, _{критикой} Re, которая является точкой перехода между ламинарным и турбулентным течением 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 сокращение давления в отверстии из-за уменьшения в области. _потеря PR вычисляется 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 области. Если вы не хотите получать это увеличение давления, установите Pressure recovery на Off. В этом случае _потеря PR равняется 1.

Порты

Сохранение

развернуть все

`A` — Жидкий порт
изотермическая жидкость

Запись или выходной порт жидкости к или от отверстия.

`B` — Жидкий порт
изотермическая жидкость

Запись или выходной порт жидкости к или от отверстия.

Входной параметр

развернуть все

`S` — Перемещение органа управления, m
физический сигнал

Перемещение органа управления для отверстия переменной области, в m.

Вывод

развернуть все

`F` — Сила потока, N
физический сигнал

Осевая сила потока, в N.

Параметры

развернуть все

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

Геометрия отверстия во втулке. Круглые отверстия расположены с интервалами равномерно о перекрестной частной окружности. В Rectangular slot существует только одно отверстие установка.

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

Диаметр всех отверстий на втулке.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Orifice parametrization на Round holes.

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

Количество отверстий вдоль окружности втулки.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Orifice parametrization на Round holes.

`Orifice width` — Ширина прямоугольного отверстия
`0.01 m` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Ширина прямоугольного отверстия.

Зависимости

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

`Spool travel between closed and open orifice` — Диапазон максимума поршня управления
`5e-3 m` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Максимальное расстояние перемещения поршня управления. Это значение обеспечивает верхний предел вычислениям так, чтобы симуляции не возвращали нефизические значения.

Зависимости

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

`Flow force output` — Смоделировать ли осевую гидравлическую силу на золотнике
`Off` (значение по умолчанию) | `On`

Смоделировать ли осевую гидравлическую силу на золотнике. Когда этот параметр устанавливается на On, порт F включен и выводит осевое усилие как физический сигнал в N.

`Radial clearance` — Разрешение втулки золотника
`1e-5 m` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Радиальное расстояние между золотником и втулкой.

Зависимости

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

`Leakage area` — Разорвите область, когда клапан будет в положении полностью закрытого отверстия
`1e-10` м^2 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Сумма всех разрывов, когда клапан находится в положении полностью закрытого отверстия. Любая область, меньшая, чем это значение, насыщается к определенной площади утечки. Это способствует числовой устойчивости путем поддержания непрерывности в потоке.

`Spool position at closed orifice` — Золотник возмещен
0 (значение по умолчанию) | скаляр

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 смещения, установленного физическим сигналом в порте S.

`Cross-sectional area at ports A and B` — Площадь постоянного отверстия при сохранении портов
`inf m^2` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Площадь поперечного сечения в портах A и B входа и выхода. Эта область используется в уравнении скорости потока жидкости давления, которое определяет массовый расход жидкости через отверстие.

`Opening orientation` — Направление изменяющейся площади постоянного отверстия
`Positive spool displacement opens the orifice` (значение по умолчанию) | `Negative spool displacement opens the orifice`

Направление области изменяется для отверстий переменного сечения. Положительная вводная ориентация указывает на увеличение открытия отверстия. Отрицательная ориентация указывает на уменьшение в открытии отверстия. Величина всегда положительна.

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

Поправочный коэффициент, который составляет потери выброса в теоретических потоках.

`Critical Reynolds number` — Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного течения
150 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного течения через отверстие.

`Smoothing factor` — Числовой коэффициент сглаживания
0.01 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Непрерывный коэффициент сглаживания, который вводит слой постепенного изменения к ответу потока, когда отверстие находится в почти открытых или почти закрытых позициях. Установите это значение к ненулевому значению меньше чем один, чтобы увеличить устойчивость вашей симуляции в этих режимах.

`Pressure recovery` — Увеличиваются ли с учетом давления в расширениях области
`Off` (значение по умолчанию) | `On`

Увеличиваются ли с учетом давления когда жидкость течет с области меньшей площади поперечного сечения в область большей площади поперечного сечения.

Примеры модели

Дизельный двигатель встроенная система впрыска

Встроенная многоэлементная дизельная система впрыска. Это состоит из распредвала, насоса лифта, четырех встроенных насосов закачки и четырех инжекторов.

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

Гидравлический насос Осевого Поршня с обнаруживающим загрузку и ограничивающим давление управлением

Тестовая буровая установка, спроектированная, чтобы исследовать взаимодействие между насосом осевого поршня и типичным блоком управления, одновременно выполняющим обнаруживающие загрузку и ограничивающие давление функции. Чтобы увеличить точность симуляции, этот пример использует подробную модель насоса, который составляет взаимодействие между поршнями, наклонным диском и пластиной клапана.

Введенный в R2020a

Документация

Spool Orifice (IL)

Описание

Сила потока

Область открытия отверстия

Численно сглаживавшее смещение

Уравнение массового расхода жидкости

Порты

Сохранение

A — Жидкий порт изотермическая жидкость

B — Жидкий порт изотермическая жидкость

Входной параметр

S — Перемещение органа управления, m физический сигнал

Вывод

F — Сила потока, N физический сигнал

Параметры

Orifice parameterization — Тип отверстия Round holes (значение по умолчанию) | Rectangular slot

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

Зависимости

Number of round holes — Количество круглых отверстий6 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Зависимости

Orifice width — Ширина прямоугольного отверстия 0.01 m (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Spool travel between closed and open orifice — Диапазон максимума поршня управления 5e-3 m (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Flow force output — Смоделировать ли осевую гидравлическую силу на золотнике Off (значение по умолчанию) | On

Radial clearance — Разрешение втулки золотника 1e-5 m (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Leakage area — Разорвите область, когда клапан будет в положении полностью закрытого отверстия 1e-10 м^2 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Spool position at closed orifice — Золотник возмещен0 (значение по умолчанию) | скаляр

Cross-sectional area at ports A and B — Площадь постоянного отверстия при сохранении портов inf m^2 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Opening orientation — Направление изменяющейся площади постоянного отверстия Positive spool displacement opens the orifice (значение по умолчанию) | Negative spool displacement opens the orifice

Discharge coefficient — Коэффициент расхода0.64 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина в области значений [0,1]

Critical Reynolds number — Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного течения150 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Smoothing factor — Числовой коэффициент сглаживания0.01 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Pressure recovery — Увеличиваются ли с учетом давления в расширениях области Off (значение по умолчанию) | On

Примеры модели

Дизельный двигатель встроенная система впрыска

Гидравлический насос Осевого Поршня с обнаруживающим загрузку и ограничивающим давление управлением

Смотрите также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

`A` — Жидкий порт
изотермическая жидкость

`B` — Жидкий порт
изотермическая жидкость

`S` — Перемещение органа управления, m
физический сигнал

`F` — Сила потока, N
физический сигнал

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

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

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

`Orifice width` — Ширина прямоугольного отверстия
`0.01 m` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Spool travel between closed and open orifice` — Диапазон максимума поршня управления
`5e-3 m` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Flow force output` — Смоделировать ли осевую гидравлическую силу на золотнике
`Off` (значение по умолчанию) | `On`

`Radial clearance` — Разрешение втулки золотника
`1e-5 m` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Leakage area` — Разорвите область, когда клапан будет в положении полностью закрытого отверстия
`1e-10` м^2 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Spool position at closed orifice` — Золотник возмещен
0 (значение по умолчанию) | скаляр

`Cross-sectional area at ports A and B` — Площадь постоянного отверстия при сохранении портов
`inf m^2` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Opening orientation` — Направление изменяющейся площади постоянного отверстия
`Positive spool displacement opens the orifice` (значение по умолчанию) | `Negative spool displacement opens the orifice`

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

`Critical Reynolds number` — Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного течения
150 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Smoothing factor` — Числовой коэффициент сглаживания
0.01 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Pressure recovery` — Увеличиваются ли с учетом давления в расширениях области
`Off` (значение по умолчанию) | `On`