Клапан с площадью потока, смоделированной в терминах ее коэффициента потока Cv или Kv
Simscape / Жидкости / Тепловая Жидкость / Valves & Orifices
Блок Flow Coefficient Parameterized Valve (TL) моделирует характеристики потока клапана с помощью коэффициента потока в качестве средние значения, чтобы связать скорость потока жидкости через порты к перепаду давления через них. Содействующая параметризация потока удовлетворяет тем случаям, в которых внутренняя геометрия клапана известна в плохих деталях или в котором коэффициент потока является предпочтительными средними значениями охарактеризования клапана. Модель клапана является достаточно общей в своих предположениях, что она может быть применена ко множеству клапанов; никакой один тип клапана не принят в этом блоке.
Коэффициент потока измеряет простоту, с которой жидкость, управляемая перепадом давления, течет на клапане. Это - важный параметр в калибровке клапанов и удобного способа охарактеризовать один в модели. В этой роли это особенно полезно, когда это определяет количество в одном номере всех убытков, которые потерпели в проходах потока клапана. Коэффициент потока обычно измеряет производитель клапана и сообщают в таблице данных, предусмотрел клапан.
Строго говоря существует два широко использующиеся коэффициента потока: C v и K против Них описывают то, что является существенно тем же количеством: объемный расход воды, проходящей через клапан, который был открыт его максимуму и установлен в некоторые стандартные условия работы. Коэффициенты потока отличаются только по температурному и перепаду давления, установленному во время измерения (условия работы) и в физических единицах измерения, используемых в его выражении:
C v измеряется при общепринятой температуре 60 °F и перепад давления 1 PSI; это описывается в имперских модулях US gpm. Это - коэффициент потока, используемый в модели, когда параметры блоков Flow coefficient specification установлены в Cv coefficient (USG/min) [1].
K v измеряется при общепринятой температуре 15 °C и перепад давления bar; это описывается в метрических модулях м3H. Это - коэффициент потока, используемый в модели, когда параметры блоков Flow coefficient specification установлены в Kv coefficient (m^3/h). [2].
Два значения требуются коэффициента потока, максимума и минимума. Максимум соответствует клапану, открытому для полной мощности; это - значение, о котором часто сообщают в таблицах данных клапана. Минимум соответствует клапану, закрытому трудный, когда только утечка остается, если любой вообще. Эта нижняя граница, наложенная на коэффициент потока, служит, в основном, чтобы гарантировать числовую робастность модели. Его точное значение менее важно, чем то, что это было (обычно очень маленьким) номером, больше, чем нуль.
Вводная часть клапана (отношение площади открытия клапана к ее максимальному значению) определяется в процессе моделирования из входа, заданного в порте L. Этот вход является управляющим сигналом, и это, при некоторых клапанах, сопоставленных с процентом лифта или диапазоном. Управляющий сигнал может расположиться в значении от 0 к 1. Если меньшее или большее значение задано, оно настроено к самому близкому из двух пределов. Другими словами, сигнал насыщается в 0 и 1.
Преобразование от управляющего сигнала до вводной части зависит от параметризации Valve opening characteristics, выбранной в блоке. Результатом вычисления является то же самое для всей параметризации, когда управляющим сигналом является любой 0 или 1: значение 0 в порте L всегда означает максимально (хотя не обязательно полностью), закрыл клапан; значение 1 всегда означает максимально открытый клапан. В промежуточных значениях отличаются вводные части:
Linear — Часть открытия клапана (обозначил f (L) на рисунке) равна управляющему сигналу в порте L. Эти два варьируются по тандему до управляющего сигнала любой отбрасывания, ниже нуля (клапан полностью закрывается), или повышается выше его максимального значения (клапан полностью открыт). Вводная часть лежит в диапазоне от 0 к 1 (оператор, который не применяется ко всей параметризации открытия клапана).
Quick opening — Часть открытия клапана, f (L), является функцией степени управляющего сигнала в порте L. Вводная часть повышается быстро с управляющим сигналом в значениях около 0 и медленно в значениях около 1. Экспонента (α) в вычислении определяет, как вводный уровень изменяется с управляющим сигналом. Вводная часть лежит в диапазоне от 0 к 1.
Equal percentage — Часть открытия клапана является показательной функцией управляющего сигнала в порте L. Вводная часть медленно повышается с управляющим сигналом в значениях около 0 и быстро в значениях около 1. Основа экспоненты (R, серийность клапана, отношения между максимальными и минимальными скоростями потока жидкости через порты) определяет, как вводный уровень изменяется с управляющим сигналом. Вводная часть лежит в диапазоне от небольшой части (0.02–0.05 для типичных значений серийности 20–50) к 1.
Объем жидкости в клапане, и, следовательно, его масса, приняты, очень маленькими, и это, для целеймоделирования, 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:
где задан как массовый расход жидкости в клапан через порт, обозначенный индексом (A или B).
Причины падения давления, происходящих в каналах клапана, проигнорированы в блоке. Безотносительно их характера — внезапных изменений сечения, искривлений линии потока — только их совокупный эффект рассматривается во время моделирования. Именно этот совокупный эффект коэффициент потока клапана позволяет блоку получить в модели. Это постоянные множители в балансе импульса клапана косвенно, посредством эффективной площади открытия (S) того же самого:
где:
p является давлением в порте, обозначенном индексом (A или B).
ρ в среднем является средним арифметическим плотности жидкости в портах.
массовый расход жидкости в порте.
критический массовый расход жидкости, в котором поток принят, чтобы переключиться между ламинарными и турбулентными режимами:
где Re cr является числом Рейнольдса в точке перехода, и μ в среднем является средним значением динамических вязкостей в портах.
Эффективная площадь открытия (S) является продуктом масштабирования максимальной площади открытия клапана вводной частью (f (L)). Вычисление налагает нижнюю границу на площадь открытия, в которой только остается утечка:
где индексы max и min обратитесь к клапану в полностью открытых и максимально закрытых позициях; функциональный f (L) является вводной частью, вычисленной от управляющего сигнала, заданного в порте L:
где α получен из параметров блоков Exponent number и R от параметра Rangeability. Максимальная площадь открытия получена путем умножения (максимального) коэффициента потока соответствующим коэффициентом преобразования:
где:
λ C является коэффициентом преобразования между максимальным коэффициентом потока в имперских модулях (C v, макс.) и максимальной площадью открытия: 2.4015e-5 m^2.
λ K является коэффициентом преобразования между максимальным коэффициентом потока в единицах СИ (K v, макс.) и максимальной площадью открытия: 2.7765e-5 m^2.
Площадь минимального открытия в свою очередь получена путем умножения максимальной площади открытия отношением между минимальными и максимальными коэффициентами потока:
Клапан моделируется как адиабатический компонент. Никакой теплообмен не может находиться между жидкостью и стеной, которая окружает ее. Никакой работы не происходит над или жидкостью, как это протекает от входного отверстия до выхода. С этими предположениями энергия может течь адвекцией только через порты А и B. По принципу сохранения энергии сумма энергетических потоков в портах должна затем всегда равняться нулю:
где ϕ задан как энергетическая скорость потока жидкости в клапан через один из портов (A или B).
[1] Руководство Распределительного клапана. 4-й редактор Маршаллтаун, IA: Fisher Controls International. 2005.
[2] Поток жидкостей через клапаны, подборы кривой и трубопровод. Стамфорд, CT: вытяните шею, 2010.
