Temperature Control Valve (TL)

Клапан контроля потока с основанным на температуре приведением в действие

Библиотека:
Simscape / Жидкости / Тепловая Жидкость / Valves & Orifices / Клапаны контроля потока

Описание

Блок Temperature Control Valve (TL) моделирует отверстие с термостатом как механизм управления потоками. Термостат содержит датчик температуры и черный ящик вводный механизм — тот, геометрия которого и механика имеют значение меньше, чем ее эффекты. Датчик отвечает небольшой задержкой, полученной задержкой первого порядка, к изменениям температуры.

Когда датчик читает температуру сверх предварительно установленного значения активации, вводный механизм приводится в движение. Клапан начинает открываться или закрываться, в зависимости от выбранного режима работы — первый случай, соответствующий обычно закрытому клапану и второму к обычно открытому клапану. Изменение в площади открытия продолжается до предела температурной области значений регулирования клапана, вне которой площадь открытия является константой.

Функция сглаживания позволяет площади открытия клапана изменяться гладко между полностью закрытый и положения полностью открытого отверстия. Функция сглаживания делает это путем удаления резких изменений площади открытия в нулевых и максимальных положениях мяча. Рисунок показывает эффект сглаживания на кривой площади открытия клапана.

Сглаживание кривой площади открытия

Площадь открытия клапана

Вычисление площади открытия клапана основано на линейном выражении

$S_{L i n e a r} = (\frac{S_{E n d} - S_{S t a r t}}{T_{R a n g e}}) (T_{S e n s o r} - T_{A c t i v a t i o n}) + S_{S t a r t},$

где:

_{Линейный} S является линейной площадью открытия клапана.
_Запуск S является площадью открытия клапана в начале температурной области значений приведения в действие. Эта область зависит от установки параметра Valve operation:

$S_{S t a r t} = {\begin{array}{l} S_{L e a k}, & Клапан открывается выше температуры активации \\ S_{M a x}, & Клапан закрывается выше температуры активации \end{array}$
_Конец S является площадью открытия клапана в конце температурной области значений приведения в действие. Эта область зависит от установки параметра Valve operation:

$S_{E n d} = {\begin{array}{l} S_{M a x}, & Клапан открывается выше температуры активации \\ S_{L e a k}, & Клапан закрывается выше температуры активации \end{array}$
S _Max является площадью открытия клапана в положении полностью открытого отверстия.
_Утечка S является площадью открытия клапана в положении полностью закрытого отверстия. Только утечка остается в этом положении.
_{Область значений} T является температурной областью значений регулирования.
_{Активация} T является минимальной температурой, требуемой управлять клапаном.
_Датчик T является измеренной температурой клапана.

Модель клапана составляет задержку первого порядка в измеренной температуре клапана посредством дифференциального уравнения:

$\frac{d}{d t} (T_{S e n s o r}) = \frac{T_{A v g} - T_{S e n s o r}}{τ},$

где:

T _{В среднем} является средним арифметическим температур порта клапана,

$T_{A v g} = \frac{T_{A} + T_{B}}{2},$
где T _A и T _B является температурами в портах А и B.
τ является значением Sensor time constant, заданным в диалоговом окне блока.

Выражения открытия клапана вводят нежелательные разрывы в полностью открытом и положениях полностью закрытого отверстия. Блок устраняет эти разрывы с помощью многочленных выражений, которые сглаживают переходы к и от полностью открытого и положений полностью закрытого отверстия. Выражения сглаживания клапана

$λ_{L} = 3 {\bar{T}}_{L}^{2} - 2 {\bar{T}}_{L}^{3}$

$λ_{R} = 3 {\bar{T}}_{R}^{2} - 2 {\bar{T}}_{R}^{3}$

где:

${\bar{T}}_{L} = \frac{T_{S e n s o r} - T_{A c t i v a t i o n}}{Δ T_{s m o o t h}}$

${\bar{T}}_{R} = \frac{T_{S e n s o r} - (T_{A c t i v a t i o n} + T_{R a n g e} - Δ T_{s m o o t h})}{Δ T_{s m o o t h}} .$

В уравнениях:

λ _L является выражением сглаживания для полностью закрытого фрагмента кривой открытия клапана.
λ _R является выражением сглаживания, применился к полностью открытому фрагменту кривой открытия клапана.
_{Сглаженный} ΔT является областью сглаживания температуры:

$Δ T_{s m o o t h} = f_{s m o o t h} \frac{T_{R a n g e}}{2},$
где _{сглаженный} f является коэффициентом сглаживания между 0 и 1.

Сглаживавшая площадь открытия клапана дана кусочным условным выражением

$S_{R} = {\begin{array}{l} S_{S t a r t}, & T_{S e n s o r} \leq T_{A c t i v a t i o n} \\ S_{S t a r t} (1 - λ_{L}) + S_{L i n e a r} λ_{L}, & T_{S e n s o r} < T_{A c t i v a t i o n} + Δ T_{s m o o t h} \\ S_{L i n e a r}, & T_{S e n s o r} < T_{A c t i v a t i o n} + T_{R a n g e} - Δ T_{s m o o t h} \\ S_{L i n e a r} (1 - λ_{R}) + S_{E n d} λ_{R}, & T_{S e n s o r} < T_{A c t i v a t i o n} + T_{R a n g e} \\ S_{E n d}, & T_{S e n s o r} \geq T_{A c t i v a t i o n} + T_{R a n g e} \end{array},$

где:

S _R является сглаживавшей площадью открытия клапана.

Баланс массы

Массовое уравнение сохранения при клапане

${\dot{m}}_{A} + {\dot{m}}_{B} = 0,$

где:

${\dot{m}}_{A}$ массовый расход жидкости в клапан через порт А.
${\dot{m}}_{B}$ массовый расход жидкости в клапан через порт B.

Энергетический баланс

Уравнение энергосбережения при клапане

$ϕ_{A} + ϕ_{B} = 0,$

где:

ϕ _A является энергетической скоростью потока жидкости в клапан через порт А.
ϕ _B является энергетической скоростью потока жидкости в клапан через порт B.

Баланс импульса

Уравнение сохранения импульса при клапане

$p_{A} - p_{B} = \frac{\dot{m} \sqrt{{\dot{m}}^{2} + {\dot{m}}_{c r}^{2}}}{2 ρ_{A v g} C_{d}^{2} S^{2}} [1 - {(\frac{S_{R}}{S})}^{2}] P R_{L o s s},$

где:

p _A и p _B является давлениями в порте А и порте B.
$\dot{m}$ массовый расход жидкости.
${\dot{m}}_{c r}$ критический массовый расход жидкости:

${\dot{m}}_{c r} = {Re}_{c r} μ_{A v g} \sqrt{\frac{π}{4} S_{R}} .$
ρ _{В среднем} является средней жидкой плотностью.
C _d является коэффициентом расхода.
S является входной областью клапана.
_Потеря PR является отношением давления:

$P R_{L o s s} = \frac{\sqrt{1 - {(S_{R} / S)}^{2} (1 - C_{d}^{2})} - C_{d} (S_{R} / S)}{\sqrt{1 - {(S_{R} / S)}^{2} (1 - C_{d}^{2})} + C_{d} (S_{R} / S)} .$

Порты

A — Тепловой жидкий порт сохранения, представляющий клапан, вставил A
B Тепловой жидкий порт сохранения, представляющий клапан, вставил B

Параметры

Вкладка параметров

Valve operation

Эффект температуры жидкости на работе клапана. Опции включают Opens above activation temperature и Closes above activation temperature. Настройкой по умолчанию является Opens above activation temperature.

Activation temperature

Температура, требуемая привести в движение клапан. Если параметр Valve operation устанавливается на Opens above activation temperature, клапан начинает открываться при температуре активации. Если параметр Valve operation устанавливается на Closes above activation temperature, клапан начинает закрываться при температуре активации. Значением по умолчанию является 330 K.

Temperature regulation range

Изменение температуры от температуры активации, требуемой к полностью открытому клапан. Значением по умолчанию является 8 K, соответствуя полностью открытому клапану при температуре 338 K.

Sensor time constant

Постоянная времени в уравнении первого порядка раньше аппроксимировала динамику датчика температуры. Значением по умолчанию является 1.5 s.

Maximum opening area

Площадь потока клапана в положении полностью открытого отверстия. Значением по умолчанию является 1e-4 м^2.

Leakage area

Область, через которую жидкость может течь в полностью закрытом положении клапана. Эта область составляет утечку между входами клапана. Значением по умолчанию является 1e-12 м^2.

Smoothing factor

Фрагмент площади открытия изгибается, чтобы сглаживать описанный как часть. Сглаживание устраняет разрывы в минимальных и максимальных положениях клапана потока. Коэффициент сглаживания должен быть между 0 и 1.

Сглаживание кривой площади открытия

Значение 0 соответствует линейному выражению с нулевым сглаживанием. Значение 1 соответствует нелинейному выражению с максимальным сглаживанием. Значением по умолчанию является 0.01, соответствие нелинейной области, охватывающей 1% размер полной кривой..

Cross-sectional area at ports A and B

Область, нормальная к направлению потока во входах клапана. Эта область принята то же самое для всех входов. Значением по умолчанию является 0.01 м^2.

Characteristic longitudinal length

Аппроксимированная длина клапана. Этот параметр обеспечивает меру продольной шкалы клапана. Значением по умолчанию является 0.1 m.

Discharge coefficient

Полуэмпирический параметр, обычно используемый в качестве меры эффективности клапана. Коэффициент расхода задан как отношение фактического массового расхода жидкости через клапан к его теоретическому значению.

Блок использует этот параметр с учетом эффектов геометрии клапана на массовых расходах жидкости. Учебники и таблицы данных клапана являются общими источниками значений коэффициента расхода. По определению все значения должны быть больше 0 и меньше, чем 1. Значением по умолчанию является 0.7.

Critical Reynolds number

Число Рейнольдса, соответствующее переходу между режимами ламинарного и турбулентного течения. Поток через клапан принят ламинарный ниже этого значения и турбулентный выше его. Соответствующие значения, чтобы использовать зависят от определенной геометрии клапана. Значением по умолчанию является 12.

Вкладка переменных

Sensor temperature: Температура жидкости в начале симуляции. Значением по умолчанию является 293.15 K, соответствуя комнатной температуре.
Mass flow rate into port A: Массовый расход жидкости на компонент через порт A в начале симуляции. Значением по умолчанию является 1 kg/s.

Примеры модели

Система охлаждения Engine

Смоделируйте систему охлаждения механизма с нефтью, охлаждающей схему с помощью Simscape™ Fluids™ Тепловые Жидкие блоки. Система включает схему хладагента и схему охлаждения нефти. Насос фиксированного смещения управляет хладагентом через охлаждающуюся схему. Основной фрагмент тепла от механизма поглощен хладагентом и рассеян через излучателя. Системная температура отрегулирована термостатом, который отклоняет поток к излучателю только, когда температура выше порога. Схема охлаждения нефти также поглощает часть тепла от механизма. Тепло, добавленное к нефти, передается хладагенту теплообменником нефтяного хладагента. Излучатель является блоком E-NTU Heat Exchanger (TL) с потоком воздушной зоны, которым управляют входные параметры физического сигнала. Теплообменник нефтяного хладагента является блоком E-NTU Heat Exchanger (TL-TL). И насос хладагента и нефтяной насос управляются скоростью вращения двигателя.

Документация

Temperature Control Valve (TL)

Описание

Площадь открытия клапана

Баланс массы

Энергетический баланс

Баланс импульса

Порты

Параметры

Вкладка параметров

Вкладка переменных

Примеры модели

Система охлаждения Engine

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Документация

Temperature Control Valve (TL)

Описание

Площадь открытия клапана

Баланс массы

Энергетический баланс

Баланс импульса

Порты

Параметры

Вкладка параметров

Вкладка переменных

Примеры модели

Система охлаждения Engine

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

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