Spool Orifice Flow Force (IL)

等温流体网络中流体在阀芯孔中流动的轴向力。

类型: EngeeFluids.IsothermalLiquid.Valves.Controls.SpoolOrificeFlowForce

图书馆中的路径:

/Physical Modeling/Fluids/Isothermal Liquid/Valves & Orifices/Valve Actuators & Forces/Spool Orifice Flow Force (IL)

说明

阀芯孔流力（IL）单元模拟阀芯孔内的液压轴向力。程序块通过 *S 端口接收阀芯位置的标量信号。可模拟流经带有圆形或矩形窗口的阀芯孔口的流量。正向力会关闭孔口。

如果想在同一程序块中对阀芯和轴向力进行建模，请使用程序块Spool Orifice - Round Holes (IL) 。轴向力作为物理信号输出到 F 端口。

流体动力

流体流动作用在阀芯上产生的力：

其中

- 是通过端口 A 的质量流量；
- 是液体的密度；
- 开口面积，由阀芯位置和开口参数决定；
- 喷射倾角，由近似的 von Mises 公式计算得出：

,

其中为阀芯与套筒之间的径向间隙 * 径向间隙 *，为阀芯移动量；
- 阀芯运动的方向与 S 端口上正或负信号孔口的打开方向相对应。

开口面积

开口面积基于阀芯运动产生的开口面积，其定义如下

其中

- 是初始阀芯位移，即参数 Spool position at closed orifice 的值；
- 是 S 端口的偏移信号。

如果小于 "0"，则使用通过孔口的泄漏面积。如果大于参数 Spool 在关闭孔口和打开孔口之间的行程 的值，则使用最大端口面积。

Round windows

如果*孔口几何形状*参数设置为 "圆孔"，则指定在套管周边均匀分布的直径相等、中心对齐在同一平面上的圆窗。

开孔面积的计算公式为

其中

- 是圆窗的数量；
- 圆窗的直径；
- 决定了开孔的角度：

.

如果，那么等于；
- 泄漏面积，即 Leakage area 参数的值。

开孔面积值的计算基于几何推理，将每个孔的面积计算为平面圆的面积。如果套筒是圆柱形，则孔不是平面，该表达式只是近似值。

最大开孔面积定义为

矩形窗口。

如果*孔口几何形状*设置为 "矩形槽"，则在套筒中指定一个矩形窗口。

在这种情况下，开窗面积的计算公式为

其中是矩形窗口的宽度。

开孔的最大面积定义为

其中是关闭孔口和打开孔口状态之间的阀芯行程*关闭孔口和打开孔口之间的阀芯行程*。

数值平滑位移

在孔口打开范围的极端情况下，可以通过调整程序块中的*平滑系数*参数来确保模拟的数值稳定性。该程序块对整个范围内的位移应用平滑函数，但主要影响范围极端处的建模。

如果*平滑系数*参数不为零，程序块将在至的范围内平滑位移值，其中：

如果*孔口几何形状*参数设置为 "圆孔"，则为*圆孔直径*参数的值。
如果*孔口几何形状*参数设置为 "矩形槽"，则为*关闭孔口和打开孔口之间的*汇流排行程*值。

假设和限制

瞬态效应可忽略不计。
射流倾斜角的近似值基于理查德-冯-米塞斯方程。
对于矩形窗和圆形窗，射流倾斜角随开孔率的变化是相同的。

端口

非定向

# A — 等温液体端口
等温液体

Details

等温液体端口，相当于孔板的入口或出口。

程序使用名称

port_a

# B — 等温液体端口
等温液体

Details

等温液体端口，相当于孔板的入口或出口。

程序使用名称

port_b

输入

# S — 调节元件的位置，m
尺度

Details

调节元件（阀芯）的位置端口。

数据类型	Float64`。
复数支持	无

输出

# F — 流体动力，H
尺度

Details

轴向流动力的输出端口。

数据类型	Float64`。
复数支持	无

参数

# Orifice geometry — 窗型
Round holes | Rectangular slot

Details

套筒中窗口的几何形状。可供选择的选项有

圆孔（默认）` - 圆窗均匀分布在套筒的圆周上，直径相同，中心在同一平面上。
矩形槽"- 在套管中设置一个矩形窗口。

值	`Round holes` \| `Rectangular slot`
默认值	`Round holes`
程序使用名称	`orifice_parameterization`
可计算	无

# Diameter of round holes — 圆窗直径
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

套筒中圆窗的直径。

依赖关系

要使用此参数，请将*孔口几何形状*参数设置为 "圆孔"。

计量单位	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
默认值	`5e-3 m`
程序使用名称	`hole_diameter`
可计算	是

# Number of round holes — 圆窗数

Details

均匀分布在套筒圆周上的圆窗数量。

依赖关系

要使用此参数，请将*孔口几何形状*参数设置为 "圆孔"。

默认值	`6`
程序使用名称	`hole_count`
可计算	是

# Orifice width — 矩形窗口宽度
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

矩形窗口的宽度。

依赖关系

要使用此参数，请将*孔口几何形状*参数设置为 "矩形槽"。

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

# Spool travel between closed and open orifice — 最大阀芯行程
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

阀芯的最大移动量（行程）。该值定义了行程上限，以确保建模的充分性（物理性）。

依赖关系

要使用此参数，请将*孔口几何形状*参数设置为 "矩形槽"。

计量单位	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
默认值	`5e-3 m`
程序使用名称	`delta_control_displacement`
可计算	是

# Spool position at closed orifice — 阀芯偏移
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

非零负值表示纵向（轴向）反向间隙 - 窗口在 S 端口信号设定的初始阀芯位置保持打开。

计量单位	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
默认值	`0.0 m`
程序使用名称	`min_control_displacement`
可计算	是

# Opening orientation — 与孔口开口相对应的阀芯运动方向
Positive spool displacement opens the orifice | Negative spool displacement opens the orifice

Details

与孔口开口相对应的元件运动方向。正方向表示 S 处的正信号打开孔。负方向表示 S 处的负信号打开孔。

值	`Positive spool displacement opens the orifice` \| `Negative spool displacement opens the orifice`
默认值	`Positive spool displacement opens the orifice`
程序使用名称	`opening_orientation`
可计算	无

# Radial clearance — 转轴和套筒之间的径向间隙
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

阀芯与轴套之间径向间隙的含义。

计量单位	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
默认值	`1e-5 m`
程序使用名称	`clearance`
可计算	是

# Leakage area — 关闭位置的净空区域
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Details

窗户完全关闭时所有缝隙的面积总和。任何小于此值的面积都等同于指定的泄漏面积。这有助于保持流动的连续性，从而提高数值解的稳定性。

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-10 m^2`
程序使用名称	`leakage_area`
可计算	是

# Smoothing factor — 数值平滑因子

Details

当阀门处于近开和近关位置时，根据流量特性引入一定程度的渐变，该连续平滑系数可提供运动的平滑性。设置一个小于 1 的非零值，以提高这些模式下模拟的稳定性。

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