Запорный клапан с портом управления, чтобы включить поток в обратном направлении
Simscape / Жидкости / Тепловая Жидкость / Valves & Orifices / Направленные Распределительные клапаны
Блок Pilot-Operated Check Valve (TL) моделирует запорный клапан с механизмом переопределения, чтобы допускать противоток, когда активировано. (Запорный клапан в свою очередь является отверстием с однонаправленным вводным механизмом, установленным, чтобы предотвратить только тот противоток.)
Механизм переопределения добавляет третий порт — пилота — к клапану. Во время нормального функционирования порт управления неактивен, и клапан ведет себя как любой другой запорный клапан. Его отверстие затем открыто только, когда градиент давления через него понижается от входа до выхода. Противоток, который требует противоположного градиента давления, не может произойти. Этот режим защищает компоненты в восходящем направлении клапана против скачков давления, температурных скачков, и (в действительных системах) химическое загрязнение, являющееся результатом точек в нисходящем направлении.
Когда противоток желаем, порт управления герметизируется и элемент управления клапана — часто, мяч или поршень — обеспечены от его места. Клапан затем открыт, чтобы течь в обоих направлениях с противоположным перепадом давления (нацеленный от выхода, чтобы вставить) бывший достаточный, чтобы управлять потоком в восходящем направлении. (Место, которое находится в пути потока, определяет, открыт ли клапан. Когда это покрыто — мячом, поршнем или другим элементом управления — поток отключен, и клапан закрывается.)
Клапан открывается постепенно, начинаясь в его давлениях открытия, и продолжаясь в конец его области значений регулирования давления. Давления открытия дают начальное сопротивление, из-за трения или упругих сил, что клапан должен преодолеть, чтобы открыться щепкой (или взломать). Ниже этого порога закрывается клапан, и только утечка может передать. Мимо конца области значений регулирования давления клапан полностью открыт и поток в максимуме (определенный мгновенными условиями давления).
Давление открытия принимает важную роль в обратных клапанах, установленных вверх тормашками. Там, вес запорного элемента — такого как шар или поршень — и повышения высоты жидкости может действовать, чтобы открыть клапан. (Повышение высоты может возникнуть в модели из трубы в восходящем направлении входного отверстия, когда расположено вертикально или, с учетом наклона.). Достаточное давление открытия мешает клапану открываться непреднамеренно даже если помещен в невыгодный угол.
Открытие клапана зависит и от давления управления и от перепада давления от входного отверстия до выхода:
где p является абсолютным давлением, и k является экспериментальным отношением — пропорция экспериментальной площади открытия (S X) к площади открытия клапана (S R). Индекс X обозначает экспериментальное значение и индексы A и B вход и значения выхода, соответственно. Давления порта являются определенными переменными (против абсолютного нуля) в процессе моделирования.
Экспериментальное давление может быть дифференциальным значением относительно входа (порт A) или значение прибора (относительно среды). Можно выбрать соответствующую установку — Pressure differential (pX - pA) или Pressure at port X — использование выпадающего списка Pressure control specification. Если Pressure at port X выбран:
где индекс Atm обозначает атмосферное значение (полученный из блока Thermal Liquid Settings (TL) или Thermal Liquid Properties (TL) модели). Индекс X,Abs обозначает абсолютное значение в порте управления. Если Pressure differential (pX - pA) выбран:
где индекс A,Abs так же обозначает абсолютное значение во входе клапана (порт A). Экспериментальный перепад давления ограничивается быть больше или быть равным нулю — если его расчетное значение должно быть отрицательным, нуль принят в расчете давления управления.
Степень, к которой давление управления превышает давления открытия, определяет, сколько откроет клапан. Перерегулирование давления описывается здесь как часть (ширина) область значений регулирования давления:
Давление управления (p Ctl), давления открытия (Набор p), и максимальное вводное давление (P Max) соответствуют выбранной спецификации давления управления (Pressure differential или Pressure at port A).
Часть — технически, нормированное перерегулирование — оценена в 0 при полностью закрытом клапане и 1 при полностью открытом клапане. Если вычисление должно возвратить значение за пределами этих границ, самый близкий из этих двух используется вместо этого. (Другими словами, часть насыщает в 0 и 1.)
Нормированные контролируют давление, p, охватывает три области давления. Ниже давлений открытия клапана его значение является постоянным нулем. Выше максимального давления того же самого это - 1. Промежуточный, это варьируется, как линейная функция (эффективного) давления управления, p Ctl.
Переходы между областями резки и их прерывистые наклоны. Они ставят проблему к решателям переменного шага (вид, обычно используемый с моделями Simscape). Чтобы точно получить разрывы, упомянутые в некоторых контекстах как нулевые события пересечения, решатель должен уменьшать свой временной шаг, делая паузу кратко во время пересечения для того, чтобы повторно вычислить его якобиевскую матрицу (представление зависимостей между переменными состояния модели и их производных времени).
Эта стратегия решателя эффективна и устойчива, когда разрывы присутствуют. Это делает решатель менее подверженным ошибкам сходимости — но это может значительно расширить время, должен был закончить запущенную симуляцию, возможно, чрезмерно так для практического применения в режиме реального времени симуляция. Альтернативный подход, используемый здесь, должен удалить разрывы в целом.
Нормированное температурное перерегулирование с резкими переходами
Блок удаляет разрывы путем сглаживания их по шкале требуемого времени. Сглаживание, которое добавляет небольшое искажение в нормированное входное давление, гарантирует, что простота клапана в его ограничивающие положения, а не привязывается (резко) в них. Сглаживание является дополнительным: можно отключить его путем обнуления его масштаба времени. Форма и шкала сглаживания, когда применено, выводят частично из кубических полиномов:
и
где
и
В уравнениях:
ƛ L является выражением сглаживания для перехода от максимально закрытой позиции.
ƛ R является выражением сглаживания для перехода от положения полностью открытого отверстия.
Δp* (безразмерная) характеристическая ширина области сглаживания давления:
где f* коэффициент сглаживания, оцененный между 0 и 1 и полученный из параметров блоков того же имени.
Когда коэффициентом сглаживания является 0, нормированное входное давление остается в своей исходной форме — никакое примененное сглаживание — и его переходы не остается резким. Когда это - 1, сглаживание порождает всю линейную оболочку столбцов регулирования давления (с нормированным входным давлением, принимающим форму S-кривой).
В промежуточных значениях сглаживание ограничивается частью той области значений. Значение 0.5, например, будет сглаживать переходы более чем четверть области значений регулирования давления на каждой стороне (для общей сглаженной области половины области значений регулирования).
Сглаживание добавляет две новых области в нормированное перерегулирование давления — один для плавного перехода слева, другого для того справа, давая в общей сложности пять областей. Они описываются в кусочно-линейной функции:
где звездочка обозначает сглаживавшую переменную (нормированное перерегулирование давления управления). Рисунок показывает эффект сглаживания на резкости переходов.
Клапан принят, чтобы открыться линейно сглаживавшим перерегулированием давления управления:
где S является проводимостью звука и индексами Max и Min обозначьте его значения при полностью открытом и полностью закрытом клапане. В терминах сглаживавшего перерегулирования давления управления площадь открытия становится:
(Оба выражения используются в вычислении перепада давления на клапане.)
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. Этот эффект получен в блоке коэффициентом потерь, мерой массовой скорости потока жидкости через клапан относительно теоретического значения, которое это имело бы в идеальном клапане. Выражение баланса импульса в клапане с точки зрения перепада давления вызвало в потоке:
где ρ является плотностью, C D является коэффициентом расхода, и ξ p является отношением перепада давления — мера степени, до которой восстановление давления при выходе способствует общему перепаду давления клапана. Индекс В среднем обозначает средние значения в тепловых гидравлических портах. Критический массовый расход жидкости, , вычисляется из критического числа Рейнольдса — в котором поток в клапане принят к переходу от ламинарного к турбулентному:
где μ обозначает динамическую вязкость. Отношение перепада давления вычисляется как:
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 A или B.
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 A 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).
2-Way Directional Valve (TL) | Variable Area Orifice (TL) | 3-Way Directional Valve (TL) | Check Valve (TL)
