Шариковый клапан (Г)

Блок моделирует перемещение шара, но не динамику открытия или закрытия клапана. Сигнал в порту L представляет собой нормированное смещение шара . Обратите внимание, что — это нормированное значение смещения между 0 и 1, которые означают полностью закрытый и полностью открытый клапан соответственно. Если вычисление возвращает число, выходящее за пределы этого диапазона, то это число устанавливается равным ближайшей границе.

Численное сглаживание

Когда параметр Smoothing factor имеет ненулевое значение, блок применяет численное сглаживание к нормированному положению шара . Включение сглаживания помогает поддерживать численную устойчивость симуляции.

Площадь открытия клапана зависит от параметра Valve seat geometry, который может иметь значение Sharp-edged или Conical. Параметр Leakage flow fraction — это отношение расхода клапана в закрытом состоянии к расходу в открытом состоянии. Параметр Leakage flow fraction позволяет обеспечить малые контактные зазоры между шаром и седлом в полностью закрытом положении. Этот параметр также обеспечивает непрерывность потока для работы решателя.

На рисунке показаны тарельчатые клапаны с разными типами седла.

Седло с острой кромкой

Площадь открытия клапана рассчитывается следующим образом

где

Максимальное смещение ограничивает область открытия:

Для любого смещения шара, превышающего , значение является значением максимальной площади отверстия:

Когда сигнал на порту L меньше 0, клапан закрывается, а параметр Leakage flow fraction определяет массовый расход.

Коническое седло

Площадь открытия клапана рассчитывается следующим образом

где

Максимальное смещение ограничивает область открытия:

Для любого смещения шара, превышающего , значение является значением максимальной площади отверстия:

Когда сигнал на порту L меньше 0, клапан закрывается, а параметр Leakage flow fraction определяет массовый расход.

Поведение блока зависит от параметра Параметризация клапана:

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.

Параметр Параметризация клапана определяет, какие уравнения будут использованы для вычисления расхода. Если для параметра Параметризация клапана установлено значение Коэффициент расхода Cv, то массовый расход будет определяться как

где

Коэффициент расширения определяется как

где

Когда отношение давлений превышает значение параметра Коэффициент давления ламинарного потока, , происходит плавный переход к использованию линеаризованного уравнения:

где

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

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

Если для параметра Параметризация клапана установлено значение Акустическая проводимость, то массовый расход определяется как

где

Когда отношение давлений превышает значение параметра Коэффициент давления ламинарного потока, , происходит плавный переход к использованию линеаризованного уравнения:

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

Более подробная информация об уравнениях массового расхода, когда для параметра Параметризация клапана установлено значение Акустическая проводимость, приведена в [1].

Если для параметра Параметризация клапана установлено значение Площадь проходного сечения, рассчитанная на основе геометрии, то массовый расход определяется как

где

Когда отношение давлений превышает значение параметра Коэффициент давления ламинарного потока, , происходит плавный переход к использованию линеаризованного уравнения:

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

Более подробная информация об уравнениях массового расхода, когда для параметра Параметризация клапана установлено значение Площадь проходного сечения, рассчитанная на основе геометрии, приведена в [4].

Предполагается, что объем и масса газа внутри клапана 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.

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.