Orifice (G)

气体网络中的流动收缩。

类型: EngeeFluids.Gas.Orifices.LocalRestriction

Orifice (G)

图书馆中的路径:

/Physical Modeling/Fluids/Gas/Valves & Orifices/Orifices/Orifice (G)

Variable Orifice (G)

图书馆中的路径:

/Physical Modeling/Fluids/Gas/Valves & Orifices/Orifices/Variable Orifice (G)

说明

Orifice (G) 装置可模拟燃气管网中由于局部阻力而造成的压力损失，局部阻力可以是横截面积恒定或可变的收缩孔、孔口或阀门。

孔参数化

局部阻力容量的计算取决于孔口参数化*参数的值：

Cv 流量系数 - 流量系数确定流量与压降的关系。
Kv 流量系数 - 流量系数确定流量与压降的关系，。
Sonic conductance - 稳态声导决定了临界流量下的流通能力，即流速等于局部声速的条件。当出口压力与进口压力之比达到一个称为临界压力比的值时，流量达到临界值。
孔口面积"--孔口面积决定流量。

孔口特征

当 孔口类型 设置为 "可变 "时，端口 L 的输入值将作为孔口开度的控制信号。开度值从 0 到 1 不等。如果指定了一个较小或较大的值，程序块会将该值等同于两个限值中最接近的一个。

控制信号与所选容量测量值之间的转换取决于*开度特性*参数的值。当控制信号为 "0 "时，流量受到最大限制；当控制信号为 "1 "时，流量受到最小限制。在这两个值之间，通过孔口的流量取决于流量值是线性函数还是基于表格数据：

线性" - 流量值与端口 L 的控制信号成正比。

如果*孔口参数化*设置为 "声导"，则临界压力比*临界压力比*和亚声指数*亚声指数*被假定为常数，且与控制信号无关。如果*节流孔参数化*设置为 "Cv 流量系数 "或 "Kv 流量系数"，则*窒流时的 xT 压差比系数*假定为常数，且与控制信号无关。
制表"- 吞吐量值通过制表函数根据 L 端口的控制信号值计算得出。表中的数值必须按升序指定。

如果*孔口参数化*设置为 "声导"，则临界压力比*临界压力比*是控制信号的函数，次声指数*次声指数*是常数。如果*节流孔参数化*设置为 "Cv 流量系数 "或 "Kv 流量系数"，则*窒流时的 xT 压差比系数*为常数。

数值平滑

当*孔口类型*设置为 "变量"，*开启特性*设置为 "线性"，且*平滑系数*设置为非零值时，将对来自*L*端口的控制信号进行数值平滑处理。平滑有助于保持模拟的数值稳定性。

脉冲保存

孔口参数化*参数决定使用哪些方程来计算流量。如果*孔口参数化*参数设置为 "Cv 流量系数参数化"，则质量流量的定义为

其中

- 是流量系数；
- 质量流量（千克/小时）、压力（巴）和密度（千克/米³）的一个常数，等于 27.3；
- 膨胀系数；
- 入口压力
- 出口压力；
- 入口密度。

膨胀系数定义为

其中

- 是绝热指数与 1.4 之比；
- 有窒流量时的参数 xT 压差比系数的值。

当压力比超过*层流压力比*参数值时，可平稳过渡到使用线性化方程

其中

当压力比低于时，流量变为临界值，方程为

当*孔口参数化*设置为 "Kv 流量系数参数化 "时，设备使用相同的方程，但使用压力比替换为。有关*孔口参数化*设置为 "Kv 流量系数参数化 "或 "Cv 流量系数参数化 "时质量流量方程的更多信息，请参阅 [2] 和 [3]。

当*孔口参数化*设置为 "声导参数化 "时，质量流量定义为

其中

- 声导率
- 临界压力比；
- 次声指数*参数值；
- ISO参考温度*；
- ISO参考密度*参数值；
- 入口温度。

当压力比超过*层流压力比*参数值时，可平稳过渡到使用线性化方程

当压力比低于临界压力比时，流量变为临界值，并使用方程。

有关将*孔口参数化*设置为 "声导参数化 "时质量流量方程的更多信息，请参阅 [1]。

当*孔口参数化*设置为 "孔口面积参数化 "时，质量流量定义为

其中

- 是孔口或阀门的面积；
- 是 A 口和 B 口的*横截面积*值；
- 排气系数*的值；
- 绝热系数。

当压力比超过*层流压力比时，就可以平稳过渡到使用线性化方程。

当压力比低于时，流量就会达到临界值，此时可使用以下方程

有关将*孔口参数化*参数设置为 "孔口面积参数化 "时的质量流量方程的更多信息，请参见 [4]。

质量守恒

假设组件内部流体的体积和质量非常小，因此不考虑这些值。根据质量守恒原理，从一个端口进入流体的质量流量等于从另一个端口流出流体的流量：

其中定义为通过下标 A 或 B 指定的端口进入阀门的质量流量。

节能

模拟的组件是绝热的。流体和其周围的壁之间没有热传递。流体从入口流向出口时不做任何功。能量只能通过端口 A 和 B 的对流进行传递。根据能量守恒原理，端口中的能量通量总和始终为零：

其中是通过端口 A 或 B 流入阀门的能量。

假设和限制

孔口参数化*参数中的 "声导 "值适用于气动系统。如果该参数用于空气以外的气体，可能需要用相对密度的平方根来修正声导值。
对于非理想气体，"孔口面积 "参数化方程的精度较低。
该模块不模拟超音速流动。

端口

非定向

# A — 气体入口或出口
气体

Details

非定向端口，对应流入或流出。

程序使用名称

port_a

# B — 气体入口或出口
气体

Details

非定向端口，对应流入或流出。

程序使用名称

port_b

输入

# L — 开度
尺度

Details

决定打开程度的输入端口。0 "时端口完全关闭，"1 "时端口完全打开。

依赖关系

要使用此端口，请将*孔口类型*参数设置为 "变量"。

数据类型	Float64`。
复数支持	无

参数

# Orifice type — 可改变孔的横截面积
Constant | Variable

Details

确定是否可以在模拟过程中改变孔的横截面积：

Variable - 端口 L 的输入信号决定开孔程度。
常数"- 孔口面积保持不变。

值	`Constant` \| `Variable`
默认值	`—`
程序使用名称	`type`
可计算	无

# Orifice parameterization — 确定通过孔口的流量特性的方法
Cv flow coefficient | Kv flow coefficient | Sonic conductance | Orifice area

Details

质量流量计算方法的基础是：

Cv 流量系数 - 流量系数。
Kv 流量系数 - 流量系数，其定义为。
Sonic conductance - 稳态声导。
Orifice area - 孔口面积。

值	`Cv flow coefficient` \| `Kv flow coefficient` \| `Sonic conductance` \| `Orifice area`
默认值	`Cv flow coefficient`
程序使用名称	`orifice_parameterization`
可计算	无

# Opening characteristic — 能力类型特征
Linear | Tabulated

Details

将 L 端口上的控制信号转换为所选带宽测量值的方法。

依赖关系

要使用此参数，请将*孔口类型*参数设置为 "变量"。

值	`Linear` \| `Tabulated`
默认值	`Linear`
程序使用名称	`opening_characteristics`
可计算	无

# Cv flow coefficient — 流量系数

Details

恒定流量系数的值。流量系数决定了流量与压降的关系。

依赖关系

要使用该参数，请将*孔口类型*参数设置为 "恒定"，*孔口参数化*参数设置为 "Cv 流量系数"。

默认值	`4.0`
程序使用名称	`C_v_fixed`
可计算	是

# Maximum Cv flow coefficient — 与最大孔口面积相对应的流量系数

Details

当端口 L 的控制信号值为 "1 "且孔口面积最大时，流量系数的值为。

依赖关系

要使用该参数，请将 孔口类型 设置为 "变量"，孔口参数化 设置为 "Cv 流量系数"，开启特性 设置为 "线性"。

默认值	`4.0`
程序使用名称	`C_v_max`
可计算	是

# Opening fraction vector — 开度控制信号的数值

Details

容量测量 *Cv 系数矢量 * 设定的控制信号值矢量。控制信号值仅在 "0 "至 "1 "的范围内等于开度。

必须按升序指定数值。矢量的维数与 *Cv 系数矢量*的维数一致。

依赖关系

要使用该参数，请将 孔口类型 设置为 "变量"，开启特性 设置为 "制表"，孔口参数化 设置为 "Cv 流量系数"。

默认值	`[0:0.2:1…]`
程序使用名称	`opening_fraction_vector_C_v`
可计算	是

# Cv flow coefficient vector — 流量系数矢量

Details

流量系数矢量。必须以升序指定数值。矢量的维度与*开口分数矢量*的维度一致。

依赖关系

要使用该参数，请将 孔口类型 设置为 "变量"，开口特性 设置为 "制表"，孔口参数化 设置为 "Cv 流量系数"。

默认值	`[1e-6, 0.8, 1.6, 2.4, 3.2, 4.0]`
程序使用名称	`C_v_vector`
可计算	是

# xT pressure differential ratio factor at choked flow — 临界压差比

Details

入口压力与出口压力之间的比率，定义为，流量在此比率下达到临界。如果不知道该值，可参见 ISA-75.01.01 [3] 中的表 2。默认值 0.7 适用于许多阀门。

依赖关系

要使用该参数，请将*孔口参数化*参数设置为 "Cv 流量系数"。

默认值	`0.7`
程序使用名称	`delta_p_ratio_C_v`
可计算	是

# Kv flow coefficient — 流量系数

Details

恒定流量系数的值。流量系数定义了流量与压降的关系。

依赖关系

要使用该参数，请将*孔口类型*参数设置为 "恒定"，*孔口参数化*参数设置为 "Kv 流量系数"。

默认值	`3.6`
程序使用名称	`K_v_fixed`
可计算	是

# Maximum Kv flow coefficient — 与最大孔口面积相对应的流量系数

Details

当端口 L 的控制信号值为 "1 "且孔口面积最大时，流量系数的值为。

依赖关系

要使用该参数，请将 孔口类型 设置为 "变量"，孔口参数化 设置为 "Kv 流量系数"，开启特性 设置为 "线性"。

默认值	`3.6`
程序使用名称	`K_v_max`
可计算	是

# Opening fraction vector — 开度控制信号的数值

Details

容量测量 *Kv 系数矢量 * 设定的控制信号值矢量。控制信号值仅在 0 至 1 范围内等于开度。

必须按升序指定数值。矢量的维数与 *Kv 系数矢量*的维数一致。

依赖关系

要使用此参数，请将 孔口类型 设置为 "变量"，开启特性 设置为 "制表"，孔口参数化 设置为 "Kv 流量系数"。

默认值	`[0:0.2:1…]`
程序使用名称	`opening_fraction_vector_K_v`
可计算	是

# Kv flow coefficient vector — 流量系数矢量

Details

流量系数矢量。必须以升序指定数值。矢量的维度与*开口分数矢量*的维度一致。

依赖关系

要使用该参数，请将 孔口类型 设置为 "变量"，开口特性 设置为 "制表"，孔口参数化 设置为 "Kv 流量系数"。

默认值	`[1e-6, 0.72, 1.44, 2.16, 2.88, 3.6]`
程序使用名称	`K_v_vector`
可计算	是

# xT pressure differential ratio factor at choked flow — 临界压差比

Details

入口压力与出口压力之间的比率，定义为，流量在此比率下达到临界。如果不知道该值，可参见 ISA-75.01.01 [3] 中的表 2。默认值 0.7 适用于许多阀门。

依赖关系

要使用该参数，请将*孔口参数化*参数设置为 "Kv 流量系数"。

默认值	`0.7`
程序使用名称	`delta_p_ratio_K_v`
可计算	是

# Sonic conductance — 声导率
l/(bar*s) | gal/(min*psi) | m^3/(Pa*s)

Details

在 ISO 8778 规定的标准条件下，在临界流量开始时测量的通过孔口的质量流量与入口压力和密度乘积的比值。该参数决定了在给定入口压力下允许的最大流速。

依赖关系

要使用该参数，请将*孔口类型*参数设置为 "常数"，*孔口参数化*参数设置为 "声导"。

计量单位	`l/(bars)` \| `gal/(minpsi)` \| `m^3/(Pa*s)`
默认值	`12.0 l/(bar*s)`
程序使用名称	`C_fixed`
可计算	是

# Critical pressure ratio — 临界压力比

Details

由当地声速决定的流量达到临界值和流速达到最大值时的压力比。出口压力与进口压力 : 之间的比率。

依赖关系

要使用该参数，请将 *孔口类型 * 参数设置为 "常数"，并将 *孔口参数化 * 参数设置为 "声导"。

默认值	`0.3`
程序使用名称	`B_critical_fixed`
可计算	是

# Maximum sonic conductance — 与最大孔径面积相对应的声导率
l/(bar*s) | gal/(min*psi) | m^3/(Pa*s)

Details

当 L 端口上的控制信号值为 "1 "且孔口横截面积最大时的声导率值。

依赖关系

要使用此参数，请将*孔口类型*设为 "变量"，*孔口参数化*设为 "声导"，*开启特性*设为 "线性"。

计量单位	`l/(bars)` \| `gal/(minpsi)` \| `m^3/(Pa*s)`
默认值	`12.0 l/(bar*s)`
程序使用名称	`C_max`
可计算	是

# Critical pressure ratio — 临界压力比

Details

由当地声速决定的流量达到临界值和流速达到最大值时的压力比。出口压力与进口压力 : 之间的比率。

依赖关系

要使用此参数，请将 孔口类型 设置为 "变量"，孔口参数化 设置为 "声导"，开启特性 设置为 "线性"。

默认值	`0.3`
程序使用名称	`B_critical_linear`
可计算	是

# Opening fraction vector — 开度控制信号的数值

Details

控制信号值的矢量，在该矢量下设置吞吐量测量值*声导矢量*。控制信号值仅在 "0 "至 "1 "的范围内等于开度。

必须按升序指定数值。矢量的维数与*声导矢量*的维数一致。

依赖关系

要使用该参数，请将*孔口类型*设为 "变量"，*开口特性*设为 "制表"，*孔口参数化*设为 "声导"。

默认值	`[0:0.2:1…]`
程序使用名称	`opening_fraction_vector_C`
可计算	是

# Sonic conductance vector — 声导率矢量
l/(bar*s) | gal/(min*psi) | m^3/(Pa*s)

Details

声导率值矢量。数值应按升序排列。矢量的维度与*开口分数矢量*相对应。

依赖关系

要使用该参数，请将*孔口类型*设为 "变量"，*孔口参数化*设为 "声导"，*开口特性*设为 "制表"。

计量单位	`l/(bars)` \| `gal/(minpsi)` \| `m^3/(Pa*s)`
默认值	`[1e-5, 2.4, 4.8, 7.2, 9.6, 12.0] l/(bar*s)`
程序使用名称	`C_vector`
可计算	是

# Critical pressure ratio vector — 临界压力比值矢量

Details

临界压力比向量。临界压力比是出口压力与进口压力之比，在此压力下，流量达到临界值，流速达到由当地声速决定的最大值。矢量的维数与*开口分数矢量*相对应。

依赖关系

要使用该参数，请将*孔口类型*设为 "变量"，*孔口参数化*设为 "声导"，*开口特性*设为 "制表"。

默认值	`0.3 * ones(6)`
程序使用名称	`B_critical_vector`
可计算	是

# Subsonic index — 用于计算亚音速流动状态下质量流量的度值

Details

一个经验值，用于更精确地计算亚音速流动状态下的质量流量。

依赖关系

要使用该参数，请将*孔口参数化*参数设置为 "声导"。

默认值	`0.5`
程序使用名称	`m`
可计算	是

Details

ISO 8778 标准参考气氛中的温度。

只有在使用不同参考值获得的声导率值时，才需要调整 ISO 参考参数值。

依赖关系

要使用该参数，请将*孔口参数化*参数设置为 "声导"。

计量单位	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
默认值	`293.15 K`
程序使用名称	`T_reference`
可计算	是

# ISO reference density — 参考密度符合 ISO 8778 标准
g/cm^3 | kg/m^3 | lbm/gal

Details

ISO 8778 标准参考气氛中的密度。

只有在使用不同参考值获得的声导率值时，才需要调整 ISO 参考参数值。

依赖关系

要使用该参数，请将*孔口参数化*参数设置为 "声导"。

计量单位	`g/cm^3` \| `kg/m^3` \| `lbm/gal`
默认值	`1.185 kg/m^3`
程序使用名称	`rho_reference`
可计算	是

# Orifice area — 孔区
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Details

孔的横截面积。

依赖关系

要使用该参数，请将*孔口类型*参数设置为 "常数"，*孔口参数化*参数设置为 "孔口面积"。

计量单位	`m^2` \| `cm^2` \| `ft^2` \| `in^2` \| `km^2` \| `mi^2` \| `mm^2` \| `um^2` \| `yd^2`
默认值	`1e-4 m^2`
程序使用名称	`fixed_restriction_area`
可计算	是

# Maximum orifice area — 与最大孔口面积相对应的流动截面积
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Details

端口 L 的控制信号值为 "1 "时的最大流通面积。

依赖关系

要使用该参数，请将 孔口类型 设置为 "变量"，孔口参数化 设置为 "孔口面积"，开启特性 设置为 "线性"。

计量单位	`m^2` \| `cm^2` \| `ft^2` \| `in^2` \| `km^2` \| `mi^2` \| `mm^2` \| `um^2` \| `yd^2`
默认值	`1e-4 m^2`
程序使用名称	`max_restriction_area`
可计算	是

# Opening fraction vector — 开度控制信号的数值

Details

控制信号值的矢量，在该矢量下设置容量测量 * 开口面积矢量*。控制信号值仅在 0 至 1 范围内等于开度。

必须按升序指定数值。矢量的维数与*孔口面积矢量*的维数一致。

依赖关系

使用该参数时，*孔口类型*参数设置为 "变量"，*开口特性*参数设置为 "制表"，*孔口参数化*参数设置为 "孔口面积"。

默认值	`[0:0.2:1…]`
程序使用名称	`opening_fraction_vector_area`
可计算	是

# Orifice area vector — 孔面积值向量
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Details

孔横截面面积向量。该向量的维度与*开口率向量*相对应。该向量的第一个元素为泄漏面积，最后一个元素为最大孔口面积。

依赖关系

要使用该参数，请将*孔口类型*设为 "变量"，*孔口参数化*设为 "孔口面积"，*开口特性*设为 "制表"。

计量单位	`m^2` \| `cm^2` \| `ft^2` \| `in^2` \| `km^2` \| `mi^2` \| `mm^2` \| `um^2` \| `yd^2`
默认值	`[1e-10, 0.2e-4, 0.4e-4, 0.6e-4, 0.8e-4, 1e-4] m^2`
程序使用名称	`restriction_area_vector`
可计算	是

# Discharge coefficient — 流量系数

Details

修正系数是实际质量流量与理论质量流量之比。

依赖关系

要使用该参数，请将*孔口参数化*参数设置为 "孔口面积"。

默认值	`0.64`
程序使用名称	`C_d`
可计算	是

# Leakage flow fraction — 成本率

Details

通过封闭孔口的流量与通过开放孔口的流量之比。

依赖关系

要使用该参数，请将*孔口类型*参数设置为 "变量"，*孔口参数化*参数设置为 "孔口面积"。

默认值	`1e-6`
程序使用名称	`leakage_fraction`
可计算	是

# Smoothing factor — 数值平滑因子

Details

连续平滑系数，通过修正孔口在接近打开和接近关闭位置的特性，确保顺利打开。

依赖关系

要使用该参数，请将 孔口类型 设置为 "变量"，并将 开启特性 设置为 "线性"。

默认值	`0.01`
程序使用名称	`smoothing_factor`
可计算	是

# Laminar flow pressure ratio — 气流在层流和湍流之间转换时的压力比

Details

气流在层流和湍流状态之间转换时的出口压力与进口压力之比。

典型值范围为 "0.995 "至 "0.999"。

默认值	`0.999`
程序使用名称	`B_laminar`
可计算	是

# Cross-sectional area at ports A and B — 入口或出口面积
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Details

该面积用于计算通过端口的质量流量。

所有端口的尺寸相同。该参数的值必须与设备所连接组件的入口端口面积相匹配。

计量单位	`m^2` \| `cm^2` \| `ft^2` \| `in^2` \| `km^2` \| `mi^2` \| `mm^2` \| `um^2` \| `yd^2`
默认值	`0.01 m^2`
程序使用名称	`port_area`
可计算	是

文学

[1] ISO 6358-3。"气动流体动力—使用可压缩流体确定组件的流速特性—第 3 部分：系统稳态流速特性的计算方法"。2014.

[2] IEC 60534-2-3。"工业过程控制阀 - 第 2-3 部分：流量能力 - 测试程序》。2015.

[3] ANSI/ISA-75.01.01。"工业过程控制阀—第 2-1 部分：流通能力—安装条件下流体流量的选型公式"。2012.

[4] P. Beater.气动驱动》。Springer-Verlag Berlin Heidelberg。2007.