Check Valve (G)

燃气管网中的止回阀。

类型: EngeeFluids.Gas.Valves.DirectionalControl.Check

图书馆中的路径:

/Physical Modeling/Fluids/Gas/Valves & Orifices/Directional Control Valves/Check Valve (G)

说明

Check Valve (G) 装置是一个带有单向开启装置的节流孔，可防止不必要的回流。开启机构对压力做出反应，当从入口到孔口 A 到出口到孔口 B 的压降减小时，孔口打开。单向阀可保护上游部件免受下游发生的压力浪涌、温度浪涌和化学污染的影响。

当压力达到执行压力时，阀门开始打开，并持续打开直至压力控制范围结束。启动压力是阀门打开时必须克服的摩擦力或弹簧力造成的初始阻力。低于该阈值时，阀门处于关闭状态，只能允许泄漏流量。超过压力控制范围时，阀门完全打开，最大流量由瞬时压力条件决定。

流量可以是层流或紊流，并可达到声速。最大流速在阀座处达到，此处流量最窄，流速最快。当下游压降无法再提高流速时，流量达到临界模式和最大流速。当出口压力与进口压力之比达到阀门特定的临界值时，流量达到临界值。该装置不计算超音速流量。

控制压力和其他压力

阀门响应的压力为控制压力。默认控制压力是从入口到出口的压差。该设置可确保阀门在流向相反时关闭。

也可以将控制压力设置为入口超压。如果知道入口压力始终高于出口压力，请使用此设置。例如，入口连接到泵等压力源。

可以通过将 Opening pressure specification 设置为 Pressure difference of port A relative to port B`或 `Gauge pressure at port A.

Pressure drop from port A to port B

如果参数 Opening pressure specification 设置为 `Pressure difference of port A relative to port B`则

控制压力：

其中和分别是端口 A 和 B 的绝对压力。
触发压力是参数 Cracking pressure differential 的值。
阀门全开时的最大阀门压力 - 参数 Maximum opening pressure differential 的值。

端口 A_ 的过压

如果参数 Opening pressure specification 的值 `Gauge pressure at port A`则：

控制压力：

其中是区块Gas Properties (G) 中规定的大气压力。
触发压力是参数 Cracking pressure (gauge) 的值。
阀门全开时的最大压力 - 参数 Maximum opening pressure (gauge) 的值。

阀门开启度

信号压力超过执行压力的程度决定阀门的开启程度。标准控制压力为

其中

- 控制压力；
- 启动压力；
- 阀门全开时的最大阀门压力。

开启度被标准化，当阀门完全关闭时为 "0"，当阀门完全开启时为 "1"。如果计算返回值超出这些限制，程序块会将其等同于两个限制中最接近的一个。

阀门开启度：

其中是参数 Leakage flow fraction 的值。

Numerical smoothing

如果参数 Smoothing factor 的值不为零，程序块将对归一化控制压力进行数值平滑处理。启用平滑功能有助于保持模拟的数值稳定性。

阀门参数化

阀块行为取决于参数 Valve parameterization ：

Cv flow coefficient- 流量系数决定了流量与压差的关系。
Kv flow coefficient- 流量系数决定流量与压差的关系，。
Sonic conductance- 稳态声导率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的比值达到临界压力比时，流量即达到临界值。
Orifice area- 孔口面积决定流量。

该装置通过阀门开度来调整指定的流量。当阀门开度从 "0 "增加到 "1 "时，流量值从设定的最小值增加到设定的最大值。

脉冲存储

参数 Valve parameterization 决定使用哪些公式计算流量。如果 Valve parameterization 设置为 Cv flow coefficient，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。

膨胀系数定义如下

其中

- 是绝热指数与 1.4 的比值；
- 是参数 xT pressure differential ratio factor at choked flow 的值。

当压力比超过参数值 Laminar flow pressure ratio , 时，会平稳过渡到使用线性化方程：

其中

当压力比低于时，流量将达到临界值，此时可使用该方程：

如果 Valve parameterization 设置为 Kv flow coefficient，则设备使用相同的方程，但使用关系式替换为。有关 Valve parameterization 设置为时质量流量方程的更多信息，请参阅。 `Kv flow coefficient`或 `Cv flow coefficient`见[2] 和[3] 。

当 Valve parameterization 设置为 Sonic conductance，则的质量流量定义为

其中

- 声导率
- 临界压力比；
- 参数值 Subsonic index ；
- 参数值 ISO reference temperature ；
- 参数值 ISO reference density ；
- 入口温度。

当压力比超过参数值 Laminar flow pressure ratio , 时，会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：

的值适用于气动系统。 Sonic conductance Valve parameterization 的值适用于气动系统。如果将该值用于空气以外的气体，可能需要根据比重的平方根调整声导率值。

有关 Valve parameterization 设置为时质量流量方程的更多信息。 `Sonic conductance`时，请参见[1]。

如果参数 Valve parameterization 设置为 `Orifice area`时，的质量流量定义为

其中

- 是孔口或阀门的面积；
- 参数值 Cross-sectional area at ports A and B ；
- 参数值 Discharge coefficient ；
- 绝热值。

当压力比超过 Laminar flow pressure ratio , 的值时，可平稳过渡到使用线性化方程：

当压力比低于时，流量将达到临界值，此时可使用该方程：

当参数 Valve parameterization 设置为 `Orifice area`时，请参见[4].

质量守恒

假设组件内气体的体积和质量都很小，不考虑这些值，因此阀门内不会积聚气体。根据质量守恒原理，从一个端口进入的气体质量流量等于从另一个端口排出的气体流量：

其中和分别为*A* 端口和*B* 端口的质量流量。

能量守恒

阀门是绝热部件。气体和阀壁之间没有热交换。气体通过阀门时，阀门不做功。根据这些假设，能量只能通过*A*和*B*端口的对流进出阀门。根据能量守恒原理，流经两个端口的能量总和始终为零：

其中和分别为通过端口 A 和 B 流入阀门的能量。

假设和限制

对于非理想气体，阀嘴面积参数化方程的精度较低。
本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

inlet

# 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

outlet

参数

# Opening pressure specification — 用于控制阀门的压差
Pressure difference of port A relative to port B | Gauge pressure at port A

Details

定义阀门的控制开启压力。

该值 `Pressure difference of port A relative to port B`将信号压力定义为端口 A 和端口 B 之间的压力差。

值 `Gauge pressure at port A`将控制压力定义为入口超压。

值	`Pressure difference of port A relative to port B` \| `Gauge pressure at port A`
默认值	`Pressure difference of port A relative to port B`
程序使用名称	`opening_pressure_type`
可计算	无

# Cracking pressure differential — 打开阀门所需的压降
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

打开阀门所需的入口和出口之间的最小压差。该值标志着阀门压差范围的起始值，在此范围内阀门逐渐打开，允许流量增加。

依赖关系

要使用该参数，请将 Opening pressure specification 设置为 Pressure difference of port A relative to port B.

计量单位	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
默认值	`0.01 MPa`
程序使用名称	`delta_p_crack`
可计算	是

# Maximum opening pressure differential — 阀门全开时的压差
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

阀门完全打开时入口和出口之间的压差。该值标志着阀门压差范围的终点，此时阀门逐渐打开，允许流量增加。

依赖关系

要使用该参数，请将 Opening pressure specification 设置为 Pressure difference of port A relative to port B.

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	`delta_p_max`
可计算	是

# Cracking pressure (gauge) — 打开阀门所需的最小入口超压
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

打开阀门所需的最小入口过压（端口 A）。该值标志着阀门压差范围的起始值，在此范围内阀门逐渐打开，允许流量增加。

依赖关系

要使用该参数，请将 Opening pressure specification 设置为 Gauge pressure at port A.

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_crack_gauge`
可计算	是

# Maximum opening pressure (gauge) — 最大入口超压
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

阀门完全打开时的最大入口过压（端口 A）。该值标志着阀门压差范围的终点，在此阀门逐渐打开，允许流量增加。如果在您的型号中，阀门没有按预期完全打开，可以尝试减小该参数值。

依赖关系

要使用该参数，请将 Opening pressure specification 设置为 Gauge pressure at port A.

计量单位	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
默认值	`0.2 MPa`
程序使用名称	`p_gauge_max`
可计算	是

# 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

质量流量计算方法的基础是：

Cv flow coefficient- 流量系数。
Kv flow coefficient- 流量系数，其定义为。
Sonic conductance- 稳态模式下的声导率。
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

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

Details

当孔口面积达到最大值时，流量系数的值为。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 Valve parameterization 设置为 Cv flow coefficient.

默认值	`4.0`
程序使用名称	`C_v_max`
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，在此压力下流量达到临界值。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，请将参数 Valve parameterization 设置为 Cv flow coefficient.

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

孔口面积达到最大值时的流量系数。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 Valve parameterization 设置为 Kv flow coefficient.

默认值	`3.6`
程序使用名称	`K_v_max`
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，在此压力下流量达到临界值。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，请将参数 Valve parameterization 设置为 Kv flow coefficient.

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 Valve parameterization 设置为 Sonic conductance.

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

要使用该参数，请将参数 Valve parameterization 设置为 Sonic conductance.

默认值	`0.3`
程序使用名称	`B_critical_linear`
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 Valve parameterization 设为 Sonic conductance.

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 Valve parameterization 设置为 Sonic conductance.

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 Valve parameterization 设置为 Sonic conductance.

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 Valve parameterization 设置为 Orifice area.

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

# 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 Valve parameterization 设置为 Orifice area.

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。

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。

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 — 阀门入口或出口的面积
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

文献

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.