Check Valve (G)

Обратный клапан в газовой сети.

Тип: EngeeFluids.Gas.Valves.DirectionalControl.Check

Путь в библиотеке:

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

Описание

Блок Check Valve (G) представляет собой отверстие с однонаправленным механизмом открытия, который предотвращает нежелательный обратный поток. Механизм открытия реагирует на давление и открывает отверстие, когда перепад давления уменьшается от входа в отверстие A до выхода в отверстие B. Обратные клапаны защищают компоненты, расположенные выше по потоку, от скачков давления, скачков температуры и химического загрязнения, возникающего ниже по потоку.

Клапан начинает открываться, когда давление достигает давления срабатывания и продолжает открываться до конца диапазона регулирования давления. Давление срабатывания — это начальное сопротивление, обусловленное трением или силой пружины, которое должен преодолеть клапан, чтобы открыться. Ниже этого порога клапан закрыт и может пропускать только поток утечки. За диапазоном регулирования давления клапан полностью открыт, и максимальный расход определяется условиями мгновенного давления.

Поток может быть ламинарным или турбулентным и может достигать звуковых скоростей. Максимальная скорость достигается в седле клапана, где поток наиболее узкий и быстрый. Поток достигает критического режима и максимальной скорости, когда падение давления ниже по потоку уже не может увеличить скорость. Поток становится критическим, когда отношение давления на выходе к давлению на входе достигает критического значения, характерного для клапана. Блок не рассчитывает сверхзвуковой поток.

Управляющее и другие давления

Давление, на которое реагирует клапан, является управляющим давлением. По умолчанию управляющим давлением является перепад давления от входа к выходу. Эта настройка гарантирует, что клапан закроется, если направление потока изменится на противоположное.

Вы также можете задать управляющее давление как избыточное давление на входе. Используйте эту настройку, если вы знаете, что на входе всегда будет более высокое давление, чем на выходе. Например, если вход подключен к источнику давления, такому как насос.

Вы можете выбрать управляющее давление, установив для параметра Opening pressure specification значение Pressure difference of port A relative to port B или Gauge pressure at port A.

Перепад давления от порта A к порту B

Если для параметра Opening pressure specification задано значение Pressure difference of port A relative to port B, то:

Управляющее давление:

где и — абсолютные давления на портах A и B соответственно.
Давление срабатывания — значение параметра Cracking pressure differential.
Максимальное давление клапана , при котором клапан полностью открыт — значение параметра Maximum opening pressure differential.

Избыточное давление на порту A

Если для параметра Opening pressure specification значение Gauge pressure at port A, то:

Управляющее давление:

где — атмосферное давление, указанное в блоке Gas Properties (G).
Давление срабатывания — значение параметра Cracking pressure (gauge).
Максимальное давление клапана , при котором клапан полностью открыт — значение параметра Maximum opening pressure (gauge).

Степень открытия клапана

Степень превышения управляющего давления над давлением срабатывания определяет, насколько открывается клапан. Нормированное управляющее давление составляет:

где

– управляющее давление;
– давление срабатывания;
– максимальное давление клапана, при котором клапан полностью открыт.

Степень открытия нормализуется таким образом, что при полностью закрытом клапане она равна 0, а при полностью открытом – 1. Если вычисление возвращает значение, выходящее за эти пределы, то блок приравнивает его к ближайшему из двух пределов.

Степень открытия клапана:

где – значение параметра Leakage flow fraction.

Численное сглаживание

Если параметр Smoothing factor имеет ненулевое значение, то блок применяет численное сглаживание к нормированному управляющему давлению, . Включение сглаживания помогает поддерживать численную устойчивость симуляции.

Параметризация клапана

Поведение блока зависит от параметра Valve parameterization:

Cv flow coefficient – коэффициент расхода определяет зависимость пропускной способности от перепада давления.
Kv flow coefficient – коэффициент расхода определяет зависимость пропускной способности от перепада давления, .
Sonic conductance – акустическая проводимость в установившемся режиме определяет пропускную способность при критическом потоке — состоянии, при котором скорость потока равна местной скорости звука. Поток становится критическим, когда отношение давления на выходе к давлению на входе достигает значения, называемого критическим отношением давлений.
Orifice area – площадь отверстия определяет пропускную способность.

Блок масштабирует заданную пропускную способность по степени открытия клапана. При увеличении степени открытия клапана от 0 до 1 показатель пропускной способности увеличивается от заданного минимума до заданного максимума.

Сохранение импульса

Параметр Valve parameterization определяет, какие уравнения будут использованы для вычисления расхода. Если для параметра Valve parameterization установлено значение Cv flow coefficient, то массовый расход будет определяться как:

где

— коэффициент расхода;
— константа, равная 27.3 для массового расхода в кг/час, давления в бар и плотности в кг/м³;
— коэффициент расширения;
— давление на входе;
— давление на выходе;
— плотность на входе.

Коэффициент расширения определяется как:

где

— отношение показателя адиабаты к 1.4;
— значение параметра xT pressure differential ratio factor at choked flow.

Когда отношение давлений превышает значение параметра Laminar flow pressure ratio, , происходит плавный переход к использованию линеаризованного уравнения:

где

Когда отношение давлений падает ниже , поток становится критическим, и используется уравнение:

Если для параметра Valve parameterization установлено значение Kv flow coefficient, то блок использует те же уравнения, но заменяет на с помощью отношения . Более подробная информация об уравнениях массового расхода, когда для параметра Valve parameterization установлено значение Kv flow coefficient или Cv flow coefficient, приведена в [2] и [3].

Если для параметра Valve parameterization установлено значение Sonic conductance, то массовый расход определяется как:

где

— акустическая проводимость;
— критическое отношение давлений;
— значение параметра Subsonic index;
— значение параметра ISO reference temperature;
— значение параметра ISO reference density;
— температура на входе.

Когда отношение давлений опускается ниже критического отношения давлений , поток становится критическим, и используется уравнение:

Значение Sonic conductance параметра Valve parameterization предназначено для пневматических систем. Если вы используете это значение для газов, отличных от воздуха, вам может потребоваться скорректировать значение акустической проводимости на квадратный корень из удельного веса.

Более подробная информация об уравнениях массового расхода, когда для параметра Valve parameterization установлено значение Sonic conductance, приведена в [1].

Если для параметра Valve parameterization установлено значение Orifice area, то массовый расход определяется как:

где

— площадь отверстия или клапана;
— значение параметра Cross-sectional area at ports A and B;
— значение параметра Discharge coefficient;
— показатель адиабаты.

Когда отношение давлений падает ниже , поток становится критическим, и используется уравнение:

Более подробная информация об уравнениях массового расхода, когда для параметра Valve parameterization установлено значение Orifice area, приведена в [4].

Сохранение массы

Предполагается, что объем и масса газа внутри компонента очень малы, и эти значения не учитываются, поэтому в клапане не может накапливаться газ. Согласно принципу сохранения массы, массовый расход газа, поступающей через один порт, равен расходу газа, выходящей через другой порт:

где и — массовый расход в порту A и B соответственно.

Сохранение энергии

Клапан является адиабатическим компонентом. Между газом и стенкой клапана не происходит теплообмена. При прохождении газа через клапан над ним не совершается никакой работы. При этих допущениях энергия может поступать в клапан и выходить из него только за счет конвекции через порты A и B. Согласно принципу сохранения энергии, сумма потоков энергии через порты всегда равна нулю:

где и — поток энергии, поступающий в клапан через порты A и B соответственно.

Допущения и ограничения

Уравнение для параметризации Orifice area обладает меньшей точностью для газов, которые далеки от идеального.
Этот блок не моделирует сверхзвуковой поток.

Порты

Ненаправленные

# A — вход клапана
газ

Details

Газовый порт, связанный со входом клапана.

Имя для программного использования

inlet

# B — выход клапана
газ

Details

Газовый порт, связанный с выходом клапана.

Имя для программного использования

outlet

Параметры

# Opening pressure specification — перепад давления, используемый для управления клапаном
Pressure difference of port A relative to port B | Gauge pressure at port A

Details

Определяет управляющее давление открытия клапана.

Значение Pressure difference of port A relative to port B определяет управляющее давление как разность давлений между портами A и B.

Значение Gauge pressure at port A определяет управляющее давление как избыточное давление на входе.

Значения	`Pressure difference of port A relative to port B` \| `Gauge pressure at port A`
Значение по умолчанию	`Pressure difference of port A relative to port B`
Имя для программного использования	`opening_pressure_type`
Вычисляемый	Нет

# Cracking pressure differential — перепад давления, необходимый для открытия клапана
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

Минимальный перепад давления между входом и выходом, необходимый для открытия клапана. Это значение обозначает начало диапазона перепада давления клапана, в котором он постепенно открывается, обеспечивая увеличение расхода.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Opening pressure specification значение Pressure difference of port A relative to port B.

Единицы измерения	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
Значение по умолчанию	`0.01 MPa`
Имя для программного использования	`delta_p_crack`
Вычисляемый	Да

# Maximum opening pressure differential — перепад давления при котором клапан полностью открыт
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

Перепад давления между входом и выходом, при котором клапан полностью открыт. Это значение обозначает конец диапазона перепада давления клапана, в котором он постепенно открывается, обеспечивая увеличение расхода.

Зависимости

Единицы измерения	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
Значение по умолчанию	`0.1 MPa`
Имя для программного использования	`delta_p_max`
Вычисляемый	Да

# Cracking pressure (gauge) — минимальное избыточное давление на входе, необходимое для открытия клапана
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

Минимальное избыточное давление на входе (порту A), необходимое для открытия клапана. Это значение обозначает начало диапазона перепада давления клапана, в котором он постепенно открывается, обеспечивая увеличение расхода.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Opening pressure specification значение Gauge pressure at port A.

Единицы измерения	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
Значение по умолчанию	`0.1 MPa`
Имя для программного использования	`p_crack_gauge`
Вычисляемый	Да

# Maximum opening pressure (gauge) — максимальное избыточное давление на входе
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

Максимальное избыточное давление на входе (порту A), при котором клапан полностью открыт. Это значение обозначает конец диапазона перепада давления клапана, в котором он постепенно открывается, обеспечивая увеличение расхода. Если в вашей модели клапан открывается не полностью, как ожидалось, вы можете попробовать уменьшить значение этого параметра.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Opening pressure specification значение Gauge pressure at port A.

Единицы измерения	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
Значение по умолчанию	`0.2 MPa`
Имя для программного использования	`p_gauge_max`
Вычисляемый	Да

# Valve parameterization — способ задания характеристики потока через отверстие
Cv flow coefficient | Kv flow coefficient | Sonic conductance | Orifice area

Details

Метод расчета массового расхода основан на:

Cv flow coefficient — коэффициенте расхода .
Kv flow coefficient — коэффициенте расхода , который определяется как .
Sonic conductance — акустической проводимости в установившемся режиме.
Orifice area — площади отверстия.

Значения	`Cv flow coefficient` \| `Kv flow coefficient` \| `Sonic conductance` \| `Orifice area`
Значение по умолчанию	`Cv flow coefficient`
Имя для программного использования	`valve_parameterization`
Вычисляемый	Нет

# Maximum Cv flow coefficient — коэффициент расхода, соответствующий максимальной площади отверстия

Details

Значение коэффициента расхода , когда площадь проходного сечения отверстия максимальна. Коэффициент расхода определяет зависимость пропускной способности от перепада давления.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Valve parameterization значение Cv flow coefficient .

Значение по умолчанию	`4.0`
Имя для программного использования	`C_v_max`
Вычисляемый	Да

# xT pressure differential ratio factor at choked flow — критическое отношение перепада давлений

Details

Отношение между давлением на входе и давлением на выходе , определенное как , при котором поток становится критическим. Если это значение не известно, то можно найти его в таблице 2 в ISA-75.01.01 [3]. Значение по умолчанию 0.7 подходит для многих клапанов.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Valve parameterization значение Cv flow coefficient.

Значение по умолчанию	`0.7`
Имя для программного использования	`delta_p_ratio_C_v`
Вычисляемый	Да

# Maximum Kv flow coefficient — коэффициент расхода, соответствующий максимальной площади отверстия

Details

Значение коэффициента расхода, , когда площадь проходного сечения отверстия максимальна. Коэффициент расхода определяет зависимость пропускной способности от перепада давления.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Valve parameterization значение Kv flow coefficient.

Значение по умолчанию	`3.6`
Имя для программного использования	`K_v_max`
Вычисляемый	Да

# xT pressure differential ratio factor at choked flow — критическое отношение перепада давлений

Details

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Valve parameterization значение Kv flow coefficient.

Значение по умолчанию	`0.7`
Имя для программного использования	`delta_p_ratio_K_v`
Вычисляемый	Да

# Maximum sonic conductance — акустическая проводимость, соответствующая максимальной площади отверстия
l/(bar*s) | gal/(min*psi) | m^3/(Pa*s)

Details

Значение акустической проводимости, когда площадь проходного сечения отверстия максимальна.

Зависимости