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带孔口的阀芯 (IL)

带孔的阀芯

类型: EngeeFluids.IsothermalLiquid.DesignComponents.Spools.OrificeHole

带孔口的阀芯 (IL)

图书馆中的路径:

/Physical Modeling/Fluids/Isothermal Liquid/Valves & Orifices/Spools & Poppets/Fixed Body/Spool with Orifice Hole (IL)

带孔阀芯,带活动阀体 (IL)

图书馆中的路径:

/Physical Modeling/Fluids/Isothermal Liquid/Valves & Orifices/Spools & Poppets/Moving Body/Spool with Orifice Hole with Moving Body (IL)

说明

单位 带孔口的阀芯 (IL) 表示阀芯在带一个或多个孔的套筒中的一维运动。根据 边缘几何形状 参数值的不同,阀芯的边缘可以是尖角或圆角。对于不同的阀块参数,孔面积和液压直径的计算公式也不同。

如果 边缘几何形状 设置为 `锋利`参数 有效流动区域模型 设置为 `平面`则可在参数 截面孔的几何形状 中设置孔的几何形状:

  • 圆形;

  • 三角形;

  • 矩形;

  • 梯形;

  • 带圆角的梯形.

spool with hole section il 1

作用在阀芯上的合力来自压力和外力。假定端口 B 中的压力作用于邻近孔口的活动区域,并倾向于打开孔口。端口 A 中的压力不直接作用于阀芯。这些假设得出了作用在阀芯上的压力力。该力可通过流体动力进行修正。对于边缘锋利的阀芯,假定喷射角是恒定的。如果对圆角阀芯进行建模,则通过对实验结果进行插值来确定射流倾角。

阀芯的位移和速度输入端口 R_A。程序块中的位移值没有限制,但可以通过附加程序块中的末端限位器 (平移硬停止) 进行限制。

如果选中 运动物体 复选框,则将执行程序块 带孔阀芯,带活动阀体 (IL) 并模拟外壳运动。在这种情况下,外壳的位移和速度将输入端口 C_A。该程序块中的位移值不受约束,但可通过附加程序块中的端挡提供约束。

开口面积是一个与阀芯运动和外壳运动相关的变量(如果建模)。

有时,将开孔面积限制为最小值和/或最大值是非常有用的。最小面积可用于模拟泄漏或特殊孔口,即使阀芯处于重叠位置时也能保证流量。最大面积可用于模拟阀门大开时邻近孔口的流动区域。

最小和最大阀嘴面积由相应的重叠值 (与最大面积相对应的间隙 , 与最小面积相对应的欠压) 决定。默认值意味着没有面积限制。下限值必须大于零。无论上限为 ,流通面积都不得超过孔口面积。

流量的计算要考虑到阀芯的移动。

计算公式

如果未选中 运动物体 复选框,且未模拟阀体运动,则重叠值定义为:

其中

  • - 重叠对应零位移,*欠重叠对应零位移*的值;

  • - 端口 R_A 中的阀芯位移。

如果选中 运动物体 复选框并模拟船体运动,则重叠值定义如下:

其中 是船体在 C_A 端口的移动量。

舱室长度定义为

其中 是零偏置时的腔室长度,参数值为 零位移时的腔体长度

腔体的体积为

其中

  • - 线轴直径;

  • - 阀杆直径。

流量系数 的计算公式为

式中

  • - 是端口之间的压降;

  • - 液压直径;

  • - 运动粘度;

  • - 流体的平均密度。

流动系数 的计算公式为

式中

  • - 是最大流量系数,参数值 最大流量系数

  • - 临界流量系数,参数值 临界流量

对于 的值变化不大。对于低 的值随 的变化呈线性变化。

的合理默认值为 1000。但是,对于几何形状复杂(粗糙)的孔,默认值可能小于 50。对于非常光滑的几何形状,可以设置为 50000

平均流体速度为

端口 A 的体积流量为

其中

  • - 是孔的面积;

  • - 是液体在大气压力下的密度。

考虑到阀芯运动对流速的影响,B 端口的体积流量计算公式为

其中 为阀芯运动速度。

作用在阀芯上的流体动力通过评估动量的变化来确定。该力倾向于关闭阀门。对于稳态流体流动,流体动力等于:

其中 是喷射倾角,对于边缘锋利的阀芯,该倾角被认为是常数,并在参数 射流角 中设置,而对于边缘圆滑的阀芯,该倾角则根据实验数据确定。

端口力 R_A*是在考虑端口力 *R_B、压力和流体动力的情况下计算得出的:

其中 是流体动力值,取决于重叠

如果复选框 运动物体 ,并模拟船体运动,则计算端口 C_A 的力时要考虑端口 C_B 的力:

Cylindrical spool valve with sharp edges and round bore in the sleeve

如果 边缘几何形状 设置为 `锋利`且参数 有效流动区域模型 的值为 `圆柱形`则使用本节中的公式计算有效面积和液压直径。

如图所示,孔口全开时,流道是两个轴线垂直的圆柱体的交叉点。

spool with orifice hole il 1 1

对于每个重叠值 ,采用迭代法通过数值积分计算相应的面积。

面积计算公式为

其中

  • - 是重叠值;

  • - 宽度为 的基本区域的长度(上图中用红色标出)。

的面积计算公式为

通过对变量的代换,我们得出

其中

  • - 线轴的半径;

  • - 内孔半径。

同样,周长也是通过迭代法计算得出的:

其中

  • - 是线轴和孔轴所在平面与从孔中心到线轴边缘与孔线交点的半径矢量之间的夹角在垂直于孔轴的平面上的投影;

  • - 角宽度 周长的基本部分长度;

  • - 红线的长度(见上图),

液压直径为

用于计算面积和水力直径的迭代法的步骤数由参数 迭代次数 中的整数给出。

重叠值 限制在 之间。

流通面积也受到孔口横截面积的限制:

其中 为孔口直径。

流体动力 与重叠 的关系如下:

在这种情况下,板中没有反作用力。

圆柱形阀芯,边缘呈圆形,套筒内孔呈圆形_。

如果参数 边缘几何形状 设置为 圆形,则假定阀芯边缘为圆形,阀芯与套筒之间的直径有间隙,这是一种更符合实际的几何模型。

spool with orifice hole il 1 2

圆角由以下值定义:

  • 舍入半径 ,参数值 圆角半径

  • 直径间隙 , 参数值 直径间隙 , 注意直径间隙大于 60 µm 时,必须高估泄漏量。

*正重叠

当重叠值为正 时,如果孔径为 ,且阀芯与关闭位置的偏移量为 ,则开孔面积为:

其中

液压直径为

请注意,根据该公式计算出的面积不能超过公式中给出的孔口面积:

相当于

的重叠值以 的较小值为界。 的最大重叠值通常很大("Inf"),但也可以设置得更小,以模拟额外的洞。

*负重叠

负重叠处的流量 是阀芯与其外壳之间的泄漏流量,可根据 Poiseuille 流量近似法表示。

spool with orifice hole il 3 cn

Poiseuille 流所作用的层取决于 ,必须将其视为孔口形状的函数。

spool with orifice hole il 4

简化的 Poiseuille 方程可写成如下:

其中

  • - 是液体的绝对平均粘度;

  • ;

  • .

普瓦捷方程转化为

得出

其中

  • ;

  • - 是一个修正项,用于确保流动的连续性:

    其中 为基本流速:

然后将面积和流速乘以孔口数量。

通过对下图所示的实验结果进行内插法计算出喷射角的余弦值。为此使用了线性样条插值法。

spool with annular orifice il 3

流体动力 与重叠 的关系确定如下:

Cylindrical spool with sharp edges and holes of different geometry in the sleeve

如果 边缘几何形状 设置为 `锋利`且 有效流动区域模型 设置为 `平面`则可以在参数 截面孔的几何形状 中设置孔的几何形状。开孔面积和液压直径的数值将根据所选的孔几何形状进行计算。

如果参数 截面孔的几何形状 设置为 圆形,则开孔面积 和水力直径 通过公式计算得出:

其中

液压直径为

在这些公式中 是孔径,参数值 孔直径

spool with orifice hole il 5

需要注意的是,该公式得出的面积不能超过公式中给出的孔的面积:

相当于

如果参数 截面孔的几何形状 设置为 三角形,则开口面积 和水力直径 可通过公式计算得出:

水力直径为

在这些公式中 是三角孔的角度,参数值 三角形开口的孔径角

spool with orifice hole il 6

需要注意的是,该公式得到的面积不能超过公式中给出的孔的面积:

相当于

如果参数 截面孔的几何形状 设置为 矩形,则开口面积 和水力直径 可通过公式计算得出:

水力直径为

在这些公式中 是矩形孔的宽度,参数值 矩形开口宽度

spool with orifice hole il 7

注意,该公式得到的面积不能超过公式中给出的孔的面积:

相当于

如果参数 截面孔的几何形状 设置为 梯形,则开口面积 和水力直径 可通过公式计算得出:

水力直径为

在这些公式中, 是梯形孔的宽度,参数值为 梯形开口的初始宽度 是梯形孔的角度,参数值为 梯形开口角度

spool with orifice hole il 8

需要注意的是,该公式得出的面积不能超过公式中给出的孔的面积:

相当于

如果参数 截面孔的几何形状 设置为 带圆角的梯形,则开口面积 和水力直径 可通过公式计算得出:

其中

液压直径为

在这些公式中, 是梯形内孔的宽度,即参数 梯形开口的初始宽度 的值, 是梯形内孔两侧圆角的直径,即参数 圆边直径 的值。

spool with orifice hole il 9

需要注意的是,根据此公式得到的面积不能超过 对应的孔的面积。

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

# R_A — 干
渐进力学

Details

与杆相对应的机械渐进端口。

程序使用名称

rod_flange_a

# R_B — 阀杆
渐进力学

Details

与杆相对应的机械渐进端口。

程序使用名称

rod_flange_b

# C_A — 附文
渐进力学

Details

与船体相对应的机械渐进端口。

依赖关系

要使用该端口,请选择复选框 运动物体

程序使用名称

case_flange_a

# C_B — 船体
渐进力学

Details

与船体相对应的机械渐进端口。

依赖关系

要使用该端口,请选择复选框 运动物体

程序使用名称

case_flange_b

参数

参数

# 开放方向描述缺失
正相对杆位移打开孔口 | 负相对杆位移打开孔口

Details

描述缺失

Positive relative rod displacement opens orifice | Negative relative rod displacement opens orifice

默认值

Positive relative rod displacement opens orifice

程序使用名称

opening_orientation

可计算

# 运动物体 — 活动体

Details

如果您正在为活动机身建模,请选择此复选框。

如果不选中该复选框,则假定外壳是静止的。

默认值

程序使用名称

moving_case

可计算

# 边缘几何形状 — 线轴边缘几何形状
锋利 | 圆形

Details

选择线轴边缘几何类型:

  • 锋利- 锐边。

  • 圆形- 圆角。

Sharp | Rounded

默认值

Sharp

程序使用名称

edges_geometry

可计算

# 有效流动区域模型 — 有效流场模型
圆柱形 | 平面

Details

有效流通面积模型。选择选项:

  • 圆柱形;

  • 平面.

依赖关系

要使用该参数,请将参数 边缘几何形状 设置为 锋利.

Cylindrical | Planar

默认值

Cylindrical

程序使用名称

opening_area_model

可计算

# 孔口数量 — 孔数

Details

孔数

默认值

1

程序使用名称

hole_count

可计算

# 迭代次数 — 计算水力直径和有效流通面积的迭代次数

Details

根据阀芯位置和迭代次数计算流通面积和水力直径。该参数根据阀芯位置确定流通面积和水力直径的数值个数。迭代次数用于计算两个偏移值之间的采样步长。

依赖关系

要使用该参数,请将 有效流动区域模型 参数设置为 圆柱形.

默认值

1000

程序使用名称

discretization_interval_count

可计算

# 截面孔的几何形状 — 孔截面几何形状
圆形 | 三角形 | 矩形 | 梯形 | 带圆角的梯形

Details

孔的几何形状,可供选择:

  • 圆形;

  • 三角形;

  • 矩形;

  • 梯形;

  • 带圆角的梯形.

依赖关系

要使用该参数,请将 边缘几何形状 设置为 锋利`并将 有效流动区域模型 设置为 `平面.

Circular | Triangular | Rectangular | Trapezoidal | Trapezoidal with rounded edges

默认值

Circular

程序使用名称

hole_geometry

可计算

# 线轴直径 — 线轴直径
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

线轴直径必须大于阀杆直径。

计量单位

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

默认值

15.0 mm

程序使用名称

spool_diameter

可计算

# 杆直径 — 茎直径
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

茎直径。

计量单位

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

默认值

5 mm

程序使用名称

rod_diameter

可计算

# 孔直径 — 孔径
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

孔径

依赖关系

要使用该参数,请

  • 将参数 边缘几何形状 设置为 锋利`并将 有效流动区域模型 设置为 `圆柱形;

  • 边缘几何形状 设置为 圆形;

  • 边缘几何形状 设置为 锋利,将 有效流动区域模型 设置为 平面`并将 截面孔的几何形状 设置为 `圆形.

计量单位

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

默认值

1.0 mm

程序使用名称

circular_hole_diameter

可计算

# 三角形开口的孔径角 — 三角孔角度
deg | rad | rev | mrad

Details

三角形孔的内角。

依赖关系

要使用该参数,请将 边缘几何形状 设置为 锋利,将 有效流动区域模型 设置为 平面`并将 截面孔的几何形状 设置为 `三角形.

计量单位

deg | rad | rev | mrad

默认值

30.0 deg

程序使用名称

triangular_hole_angle

可计算

# 矩形开口宽度 — 矩形孔宽度
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

矩形孔的宽度。

依赖关系

要使用此参数,请将 边缘几何形状 设置为 锋利,将 有效流动区域模型 设置为 平面`并将 截面孔的几何形状 设置为 `矩形.

计量单位

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

默认值

1.0 mm

程序使用名称

rectangular_hole_width

可计算

# 梯形开口的初始宽度 — 梯形宽度
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

梯形孔的宽度。

依赖关系

要使用该参数,请将 边缘几何形状 设置为 锋利, 将 有效流动区域模型 设置为 平面`和 截面孔的几何形状 设置为 `梯形`或 `带圆角的梯形.

计量单位

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

默认值

1.0 mm

程序使用名称

trapezoidal_hole_width

可计算

# 梯形开口角度 — 梯形孔角度
deg | rad | rev | mrad

Details

梯形孔的内角。

依赖关系

要使用该参数,请将 边缘几何形状 设置为 锋利,将 有效流动区域模型 设置为 平面`并将 截面孔的几何形状 设置为 `梯形.

计量单位

deg | rad | rev | mrad

默认值

45.0 deg

程序使用名称

trapezoidal_hole_angle

可计算

# 圆边直径 — 梯形孔侧面的圆角直径
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

梯形孔四角的圆角直径。

依赖关系

要使用该参数,请将 边缘几何形状 设置为 锋利,将 有效流动区域模型 设置为 平面`并将 截面孔的几何形状 设置为 `带圆角的梯形.

计量单位

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

默认值

1.0 mm

程序使用名称

trapezoidal_hole_side_diameter

可计算

# 零位移时的腔体长度 — 零偏移时的腔长
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

零偏置时的腔室长度(在计算的腔室容积范围内)。

计量单位

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

默认值

0.0 mm

程序使用名称

chamber_length_offset

可计算

欠压定义

# 与零位移相对应的欠间隙 — 与零偏移对应的重叠
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

与零偏移对应的重叠。

计量单位

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

默认值

0.0 mm

程序使用名称

offset

可计算

# 与最小面积相对应的欠压 — 与最小面积相对应的重叠
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

与孔的最小面积相对应的重叠。

依赖关系

要使用该参数,请将 边缘几何形状 设置为 锋利.

计量单位

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

默认值

0.0 mm

程序使用名称

orifice_opening_at_min_area

可计算

# 与最大面积相对应的间隙 — 与最大面积相对应的重叠
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

与孔的最大面积相对应的重叠。

计量单位

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

默认值

Inf mm

程序使用名称

orifice_opening_at_max_area

可计算

阀芯上的泄漏

# 圆角半径 — 角半径
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

线轴边角的圆角半径。

依赖关系

要使用该参数,请将参数 边缘几何形状 设为 。 圆形.

计量单位

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

默认值

0.005 mm

程序使用名称

edge_radius

可计算

# 直径间隙 — 直径间隙
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

线轴和套筒之间的直径间隙,这是因为线轴的边缘是圆形的。请注意,如果直径间隙大于 60 µm,则必须高估泄漏量。

依赖关系

要使用该参数,请将参数 边缘几何形状 设置为 圆形.

计量单位

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

默认值

0.003 mm

程序使用名称

clearance

可计算

喷射力评估

# 射流角 — 喷射角
deg | rad | rev | mrad

Details

在这个简单的模型中,喷射角被假定为常数。对于大多数应用,可将此值设为默认值。喷射角是相对于阀门轴线设置的。

依赖关系

要使用该参数,请将 边缘几何形状 设置为 。 锋利.

计量单位

deg | rad | rev | mrad

默认值

69.0 deg

程序使用名称

jet_angle

可计算

# 喷射力系数 — 水动力系数

Details

流体动力系数,值为 "0"(默认)时关闭流体动力,值为 "1 "时打开流体动力。如果有该系数的实验数据,可以根据这些数据调整模型。

默认值

0.0

程序使用名称

jet_force_coefficient

可计算

流动系数定律

# 最大流量系数 — 最大流量

Details

最大流量系数影响孔板的流量/压降特性。对于大多数应用,可将此值设为默认值。

默认值

0.7

程序使用名称

C_q_max

可计算

# 临界流量 — 临界流量系数

Details

临界流量系数会影响孔板的流量/压降特性。对于大多数应用,可将此值设为默认值。

默认值

100.0

程序使用名称

critical_flow_number

可计算

初始条件

# 初始杆位移 — 初始阀杆位移
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

阀杆初始位移。

计量单位

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

默认值

0.0 mm

程序使用名称

rod_displacement_start

可计算

# 初始箱体位移 — 初始位移
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

物体的初始位移。

依赖关系

要使用该参数,请选择复选框 运动物体

计量单位

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

默认值

0.0 mm

程序使用名称

case_displacement_start

可计算

文学

  1. McCloy D., Martin H. R., Control of fluid power: analysis and design, Chichester.- 1980.

  2. Lebrun M., A model for a four-way spool valve applied to a pressure control system, J. Fluid Control.- 1987.- Т. 17. - №.4.- С.38-54.

  3. Blackburn J. F., Reethof G., Shearer J. L., Fluid power control, (No Title).- 1960.