Pressure Reducing Valve (G)

燃气管网中的减压阀。

类型: EngeeFluids.Gas.Valves.PressureControl.Reducing

图书馆中的路径:

/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 — 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

质量流量计算方法基于：

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	`valve_parameterization`
可计算	无

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

Details

将阀门开启面积计算到所选容量指标中的方法。

可使用以下值

线性" - 根据阀嘴的开启程度，将开启面积定义为线性函数；
制表"- 开口面积定义为非线性依赖关系，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) — 设定压力
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

阀门启动时的超压。当控制压力为 A 端口与大气压力之间的压差时，设定该压力。

依赖关系

要使用该参数，请将*开启特性*设置为 "线性"。

计量单位	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
默认值	`0.1 MPa`
程序使用名称	`p_set_gauge`
可计算	是

# Pressure regulation range — 阀门的工作压力范围
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

阀门的工作压力范围。阀门在设定压力值时开始打开，在工作范围的最大值时完全打开，其中。

依赖关系

要使用该参数，请将 * 打开特性 * 参数设置为 "线性"。

计量单位	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
默认值	`0.1 MPa`
程序使用名称	`p_regulation_range`
可计算	是

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

Details

当孔口截面积最大时，流量系数值。

依赖关系

要使用该参数，请将*阀门参数化*设置为 "Cv 流量系数"，并将*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

# Pressure at port B (gauge) vector — 必须指定阀门开启数据的值
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

指定所选阀门开启度的控制压力向量 - 声导率、流量系数或开启面积。该矢量的大小必须与包含阀门开启数据的矢量相等。矢量元素必须为正值，且从左到右单调递增。

矢量的第一个元素给出阀门开始关闭时的压力值。该元素等同于参数 Set pressure (gauge) 在参数 Opening characteristic 的 "Linear "处。后一个元素给出了阀门最大关闭时的最大压力，此时只剩下泄漏流量。两者之差即为阀门的压力控制范围。

依赖关系

要使用该参数，请将*开启特性*设为 "制表"，并将*阀门参数化*设为 "Cv 流量系数"。

计量单位	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
默认值	`[0.2 : 0.2 : 1.2…] MPa`
程序使用名称	`p_gauge_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*阀门参数化*设置为 "Cv 流量系数"，*开启特性*设置为 "制表"。

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-75.01.013 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*阀门参数化*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

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

Details

当孔口截面积最大时，流量系数值。

依赖关系

要使用该参数，请将*阀门参数化*设置为 "Kv 流量系数"，并将*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

# Pressure at port B (gauge) vector — 必须指定阀门开启数据的控制压力矢量
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

控制压力矢量，用于指定所选阀门的开启度—声导率、流量系数或开启面积。该矢量的大小必须与包含阀门开启数据的矢量相等。矢量元素必须为正值，且从左到右单调递增。

依赖关系

要使用该参数，请将*开启特性*设为 "制表"，并将*阀门参数化*设为 "Kv 流量系数"。

计量单位	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
默认值	`[0.2 : 0.2 : 1.2…] MPa`
程序使用名称	`p_gauge_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*阀门参数化*设为 "Kv 流量系数"，*开启特性*设为 "制表"。

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

# 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-75.01.013 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*阀门参数化*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

# 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

孔口截面积最大时的声导率值。

依赖关系

要使用该参数，请将*阀门参数化*设置为 "声导"，并将*开启特性*设置为 "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比：

依赖关系

要使用该参数，请将*阀门参数化*设置为 "声导"，并将*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

# Pressure at port B (gauge) vector — 必须指定阀门开启数据的控制压力矢量
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

一个控制压力矢量，用于指定所选阀门的开启度（声导率、流量系数或开启面积）。该矢量的大小必须与包含阀门开启数据的矢量相等。矢量元素必须为正值，且从左到右单调递增。

依赖关系

要使用该参数，请将*开启特性*设置为 "制表"，并将*阀门参数化*设置为 "声导"。

计量单位	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
默认值	`[0.2 : 0.2 : 1.2…] MPa`
程序使用名称	`p_gauge_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*阀门参数化*参数设置为 "声导"。

计量单位	`l/(bars)` \| `gal/(minpsi)` \| `m^3/(Pa*s)`
默认值	`[12.0, 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。该矢量的维度与*开口分数矢量*的维度一致。

依赖关系

要使用该参数，请将*阀门参数化*设置为 "声导"，并将*开启特性*设置为 "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*阀门参数化*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*阀门参数化*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*阀门参数化*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

# 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

孔口截面积最大时的最大截流面积。

依赖关系

要使用该参数，请将 *阀门参数化 * 设置为 "孔口面积"，并将 *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

# Pressure at port B (gauge) vector — 必须指定阀门开启数据的控制压力矢量
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

依赖关系

要使用该参数，请将*开启特性*设置为 "制表"，并将*阀门参数化*设置为 "孔口面积"。

计量单位	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
默认值	`[0.2 : 0.2 : 1.2…] MPa`
程序使用名称	`p_gauge_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*阀门参数化*设置为 "孔口面积"，并将*开启特性*设置为 "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-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

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*阀门参数化*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*开启特性*设置为 "线性"。

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 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

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.