Pressure Reducing Valve (G)

燃气管网中的减压阀。

blockType: EngeeFluids.Gas.Valves.PressureControl.Reducing

图书馆路径:

/Physical Modeling/Fluids/Gas/Valves & Orifices/Pressure Control Valves/Pressure Reducing Valve (G)

说明

减压阀 (G)* 装置是气流管网中的一个减压阀。当端口 B 的压力低于设定点时，阀门保持打开。当端口 B 的压力达到或超过设定点时，阀门关闭。设备由设定压力和端口 B 压力之间的差值控制。当压力下降到最小值时，阀门完全关闭，只剩下泄漏流量，开启面积随之减小。

开启面积与压降之间的关系取决于阀门的参数设置。这种关系可以是线性分析表达式，也可以是表格函数。

气流可以是层流或湍流，也可以达到声速。最大流速出现在阀门喉部，这里的气流最窄、速度最快。当下游压降无法再提高流速时，气流会达到临界状态和最大流速。该装置无法捕捉超音速流动。

压力控制

减压阀 (G)* 装置可调节设定压力和最大压力之间的压力。出口压力是阀门的控制信号。出口压力越超过阀门的设定压力，阀门的开启面积就越小。

信号压力等于

其中

- 是端口的压力；
- 是Gas Properties (G) 模块中指定的大气压力。

这两个压力在模拟过程中都被定义为绝对压力。

当 开启特性 参数设置为 "线性 "时，阀门的压力设定值是 设定压力 参数（表压）的值。当 开启特性 参数设置为 "制表 "时，是矢量参数 B 端口压力（表压） 的第一个元素。

最大压力等于，其中是将 `线性’设为 开启特性 时阀门的压力控制范围。当 开启特性 设置为 "制表 "时，是矢量参数 B 端口（压力表） 的最后一个元素。

阀门开启度

控制压力超过设定压力的程度决定阀门的开启程度。当 开启特性 设置为 "线性 "时，设备会计算阀门开启度，以缩放流量特性参数。阀门开启度为

其中

- 控制压力；
- 是*设置压力（表压）*参数指定的压力设置；
- 是*压力调节范围*参数设定的压力调节范围。

分数值被归一化，使其在阀门完全关闭时为 "0"，在阀门完全打开时为 "1"。如果计算返回的值超出这些限制，程序块会将该值饱和到最接近这两个限制的值。

数值平滑

如果 开启特性参数 设置为 "线性"，且 平滑系数参数 设置为非零值，则程序块将对归一化控制压力进行数值平滑。平滑有助于保持模拟的数值稳定性。

孔参数化

局部阻力容量的计算取决于 阀门参数化 参数的值：

Cv 流量系数 - 流量系数决定了流量与压降的关系。
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

通过阀门的流量取决于产生该流量的入口信号。阀门开度与 阀门参数化 定义的声导率、流量系数或阀嘴面积有关。

流量特性通常在稳态模式下给出，此时入口为恒定的受控压力。流量特性仅取决于阀门，可以是线性或非线性的。要设置流量特性，请使用 开启特性 参数：

线性"- 流量与阀门开度成正比。当开启度从 "0 "增加到 "1 "时，流量值从指定的最小值增加到指定的最大值。

pressure reducing valve g 1

制表" - 容量值使用制表函数计算，该函数可以是线性或非线性的，取决于孔口的开启度。该函数以表格形式列出，自变量在参数 *端口 B（压力表）压力矢量*中指定。

pressure reducing valve g 2

保存脉冲

阀门参数化*参数决定使用哪些公式计算流量。如果*阀门参数化*参数设置为 "Cv 流量系数"，质量流量将定义为

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

- 是绝热比与 `1.4`的比值；
- 是参数 *xT 有窒流量时的压差比系数*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 阀门参数化 设置为 "Kv 流量系数 "时，设备使用相同的方程，但使用压力比替换为。有关 阀门参数化 设置为 "Kv 流量系数 "或 "Cv 流量系数 "时质量流量方程的更多信息，请参阅[2] 和[3] 。

如果 阀门参数化 设置为 "声导"，则质量流量的定义为

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 阀门参数化 参数设置为 "声导 "时质量流量方程的更多信息，请参阅[1] 。

当 阀门参数化 参数设置为 "孔面积 "时，质量流量的定义为

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。

当压力比降至以下时，流量将达到临界值，此时可使用以下方程

有关 阀门参数化 参数设置为 "孔口面积 "时质量流量方程的更多信息，请参阅[4].

质量守恒

假设组件内部气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，从一个端口进入的液体质量流量等于从另一个端口离开的气体流量：

其中定义为通过标有 A 或 B 的端口进入阀门的质量流量。

能量守恒

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

阀门参数化* 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 — 阀门入口
气体

Details

与阀门入口相关的气体端口。

程序使用名称

port_a

# B — 阀门出口
气体

Details

与阀门出口相关的气体端口。

程序使用名称

port_b

参数

# Valve parameterization — 限定流过孔的特性的方法
Cv flow coefficient | Kv flow coefficient | Sonic conductance | Orifice area

Details

计算质量流量的方法基于:

Cv流量系数 -费用比率 .
千伏流量系数 -费用比率，其定义为 .
声波电导 -稳态模式下的声传导性。
孔口面积 -孔的区域。

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

# Opening characteristic — 带宽特性类型
Linear | Tabulated

Details

在选定的容量度量中计算阀开启面积的方法。

以下值可用:

线性的 -开口面积被定义为取决于孔的开口程度的线性函数;
表格式 -开口区域定义为非线性关系，您以表格形式指定。

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

# Set pressure (gauge) — 安装压力
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg

Details

压力过大，当超过时，阀门被触发。当控制压力是端口 A 和大气压之间的压力差时设定该压力。

依赖关系

要使用此参数，请将 Opening characteristic 参数设置为 线性的.

计量单位	`Pa` \| `uPa` \| `hPa` \| `kPa` \| `MPa` \| `GPa` \| `kgf/m^2` \| `kgf/cm^2` \| `kgf/mm^2` \| `mbar` \| `bar` \| `kbar` \| `atm` \| `ksi` \| `psi` \| `mmHg` \| `inHg`
默认值	`0.1 MPa`
程序使用名称	`p_set_gauge`
可计算	是

# Pressure regulation range — 阀门工作压力范围
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg

Details

阀的工作压力范围。阀门在设定压力值时开始打开，在最大工作范围时完全打开。，在哪里 .

依赖关系

要使用此参数，请将 Opening characteristic 参数设置为 线性的.

计量单位	`Pa` \| `uPa` \| `hPa` \| `kPa` \| `MPa` \| `GPa` \| `kgf/m^2` \| `kgf/cm^2` \| `kgf/mm^2` \| `mbar` \| `bar` \| `kbar` \| `atm` \| `ksi` \| `psi` \| `mmHg` \| `inHg`
默认值	`0.1 MPa`
程序使用名称	`p_regulation_range`
可计算	是

# Maximum Cv flow coefficient — 最大开口面积对应的流量

Details

流系数的值时，孔的横截面积最大。

依赖关系

要使用此参数，请将 Valve parameterization 参数设置为 Cv流量系数，并为 开特性 值 线性的.

默认值	`4.0`
程序使用名称	`C_v_max`
可计算	是

# Pressure at port B (gauge) vector — 需要指定阀门开度数据的值
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg

Details

设定所选阀门打开程度的控制压力矢量是声传导率、流量系数或打开面积。该向量应与包含阀开度数据的向量大小相等。向量的元素必须是正的，并且从左到右单调地增加值。

向量的第一个元素给出了阀门开始关闭的压力值。此元素相当于 设置压力（表）参数 当值为 线性的 的 开度特性 参数。最后一个元件给出了最大压力，在该压力下阀门最大限度地关闭，并且只有泄漏电流仍然存在。之间的差值给出阀门压力控制范围。

依赖关系

要使用此参数，请将 Opening characteristic 参数设置为 表格式.

计量单位	`Pa` \| `uPa` \| `hPa` \| `kPa` \| `MPa` \| `GPa` \| `kgf/m^2` \| `kgf/cm^2` \| `kgf/mm^2` \| `mbar` \| `bar` \| `kbar` \| `atm` \| `ksi` \| `psi` \| `mmHg` \| `inHg`
默认值	`[0.2 : 0.2 : 1.2...] MPa`
程序使用名称	`p_gauge_vector_C_v`, `p_gauge_vector_K_v`, `p_gauge_vector_C`, `p_gauge_vector_area`
可计算	是

# Cv flow coefficient vector — 流量系数值的向量

Details

流系数的向量 . 值应按升序列出。向量的维数对应于 开度分数向量 的维数。

依赖关系

要使用此参数，请将 Valve parameterization 参数设置为 Cv流量系数，并为 开特性 值 表格式.

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

# xT pressure differential ratio factor at choked flow — 临界压降比

Details

入口压力之比和出口压力，定义为在这一点上，流动变得至关重要。如果不知道该值，则可以在ISA-75.01.01中的表2中找到它。 3. 默认值 0.7 适用于许多阀门。

依赖关系

要使用此参数，请将 Valve parameterization 参数设置为 Cv流量系数 或 千伏流量系数.

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

# Maximum Kv flow coefficient — 最大开口面积对应的流量

Details

流系数的值时，孔的横截面积最大。

依赖关系

要使用此参数，请将 Valve parameterization 参数设置为 千伏流量系数，并为 开特性 值 线性的.

默认值	`3.6`
程序使用名称	`K_v_max`
可计算	是

# Kv flow coefficient vector — 流量系数值的向量

Details

流系数的向量 . 这些值必须按升序指定。向量的维数对应于 开度分数向量 的维数。

依赖关系

要使用此参数，请将 Valve parameterization 参数设置为 千伏流量系数，并为 开特性 值 表格式.

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

# Maximum sonic conductance — 对应于最大孔面积的声传导率
l/(bar*s) | gal/(min*psi) | m^3/(Pa*s)

Details

声波传导率的值，当孔的横截面积最大时。

依赖关系

要使用此参数，请将 Valve parameterization 参数设置为 声波电导，并为 开特性 值 线性的.

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

流动变得临界和流速达到由局部声速确定的最大值的压力比。出口压力之间的比值和入口压力 :

依赖关系

要使用此参数，请将 Valve parameterization 参数设置为 声波电导，并为 开特性 值 线性的.

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

# Sonic conductance vector — 声学电导率值的向量
l/(bar*s) | gal/(min*psi) | m^3/(Pa*s)

Details

声传导性的向量。这些值必须按升序指定。向量的维数对应于 开度分数向量 的维数。

依赖关系

要使用此参数，请将 Valve parameterization 参数设置为 声波电导.

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

# Critical pressure ratio vector — 临界压力比的值的向量

Details

临界压力关系的向量。临界压力比是出口压力与入口压力之比，在该压力下，流量变得临界，流速达到由局部声速确定的最大值。向量的维数对应于 开度分数向量 的维数。

依赖关系

要使用此参数，请将 Valve parameterization 参数设置为 声波电导 而对于 开度特性 值 表格式.

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

# Subsonic index — 用于计算亚音速流模式中的质量流率的程度的值

Details

用于在亚音速流动模式下更精确地计算质量流量的经验值。

依赖关系

要使用此参数，请将 Valve parameterization 参数设置为 声波电导.

默认值	`0.5`
程序使用名称	`m`
可计算	是

Details

ISO8778标准中的标准参考气氛中的温度。

ISO参考参数值只有在使用具有优异参考值的声传导率值时才需要调整。

依赖关系

要使用此参数，请将 Valve parameterization 参数设置为 声波电导.

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 — 参考密度根据ISO8778
kg/m^3 | g/m^3 | g/cm^3 | g/mm^3 | lbm/ft^3 | lbm/gal | lbm/in^3

Details

ISO8778标准中的标准参考气氛中的密度。

ISO参考参数值只有在使用具有优异参考值的声传导率值时才需要调整。

依赖关系

要使用此参数，请将 Valve parameterization 参数设置为 声波电导.

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

# Maximum orifice area — 与最大开口面积相对应的流动通路段的面积
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

流的最大横截面积是当开口的横截面积最大时。

依赖关系

要使用此参数，请将 Valve parameterization 参数设置为 孔口面积 而对于 开度特性 值 线性的.

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

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

Details

孔的通路段的区域的矢量。向量的维数对应于 开度分数向量 向量。该向量的第一个元素是泄漏的面积，最后一个元素是孔的最大面积。

依赖关系

要使用此参数，请将 Valve parameterization 参数设置为 孔口面积，并为 开特性 值 表格式.

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

# Discharge coefficient — 校正系数

Details

校正因子是实际质量流量与理论质量流量之比。

依赖关系

要使用此参数，请将 Valve parameterization 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 — 成本比率

Details

通过封闭孔和通过开放孔的流量之比。

依赖关系

要使用此参数，请将 Opening characteristic 参数设置为 线性的.

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

# Smoothing factor — 数值平滑系数

Details

连续平滑系数，其通过校正几乎打开和几乎关闭位置中的孔的特性来确保平滑打开。

依赖关系

要使用此参数，请将 Opening characteristic 参数设置为 线性的.

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

# Laminar flow pressure ratio — 流动在层流和湍流模式之间转换的压力比

Details

流动在层流和湍流模式之间转换的出口压力与入口压力之比。

典型值范围从 0.995 以前 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 — 入口或出口处的区域
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

在计算通过端口的质量流量时使用此区域。

端口具有相同的大小。该参数的值必须对应于单元所连接的组件入口的面积。

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

另请参见

ISO 6358-3。"气动流体动力 - 确定使用可压缩流体的部件的流速特性 - 第 3 部分：计算系统稳态流速特性的方法"。2014.
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.
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.
P. Beater."Pneumatic Drives." Springer-Verlag Berlin Heidelberg.2007.