Temperature Control Valve (G)

Клапан контроля температуры в газовой сети.

Тип: EngeeFluids.Gas.Valves.FlowControl.Temperature

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Fluids/Gas/Valves & Orifices/Flow Control Valves/Temperature Control Valve (G)

Описание

Блок Temperature Control Valve (G) представляет собой отверстие с термостатом в качестве механизма управления потоком. Термостат содержит датчик температуры и механизм открытия. Датчик находится на входе и реагирует на изменения температуры с небольшой задержкой, фиксируемой временной задержкой первого порядка.

Когда датчик регистрирует температуру, превышающую заданное значение срабатывания, механизм открытия срабатывает, и клапан начинает открываться или закрываться, в зависимости от режима работы, заданного параметром Valve operation. Изменение площади открытия продолжается до границы температурного диапазона клапана, за которой площадь открытия становится постоянной. В пределах температурного диапазона площадь открытия является линейной функцией температуры.

Поток может быть ламинарным или турбулентным и может достигать звуковых скоростей. Максимальная скорость возникает 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. Запирание потока происходит, когда перепад давления достигает критического значения, характерного для клапана. Блок не рассчитывает сверхзвуковой поток.

Регулирование температуры

Показания температуры на входе являются управляющим сигналом для клапана. Чем больше показания температуры превышает температуру срабатывания, тем больше площадь открытия отклоняется от площади при максимально закрытом клапане, если для параметра Valve operation установлено значение Opens above activation temperature, или от площади при полностью открытом клапане, если для Valve operation установлено значение Closes above activation temperature.

Разница между показаниями датчика температуры и температурой срабатывания — это температурный выброс. Блок нормирует эту переменную на диапазон регулирования температуры клапана. Степень открытия клапана составляет

где

— значение параметра Activation temperature;
— показания датчика температуры:
- Если для параметра Temperature sensing установлено значение Valve inlet temperature, то — это температура на входе в клапан;
- Если для параметра Temperature sensing установлено значение Gas sensing port, то — это температура газовой сети в месте ее соединения с портом T;
- Если для параметра Temperature sensing установлено значение Thermal sensing port, то — это температура тепловой сети в месте ее соединения с портом T;
— значение параметра Temperature regulation range.

Численное сглаживание

Когда параметр Smoothing factor имеет ненулевое значение, блок применяет численное сглаживание к степени открытия клапана . Включение сглаживания помогает поддерживать численную устойчивость симуляции.

Динамические характеристики датчиков

Для эмуляции реального датчика температуры, который может регистрировать изменение температуры только постепенно, блок добавляет временную задержку первого порядка к показаниям температуры . Эта временная задержка добавляет датчику переходный отклик на изменения температуры. Выражение для имеет вид

где

— фактическая температура на входе на текущем временном шаге моделирования;
— значение параметра Sensor time constant. Чем меньше этот параметр, тем быстрее реагирует датчик.

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

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 клапана очень малы, и эти значения не учитываются, поэтому в клапане не может накапливаться газ. Согласно принципу сохранения массы, массовый расход газа, поступающего через один порт, равен расходу газа, выходящему 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

Значение Sonic conductance параметра Valve parameterization предназначено для пневматических систем. Если этот параметр используется для газов, отличных от воздуха, то может потребоваться скорректировать значение акустической проводимости на квадратный корень из относительной плотности.
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 с входом клапана.

Имя для программного использования

port_a

# B — выход клапана
газ

Details

Газовый порт, связанный с выходом клапана.

Имя для программного использования

port_b

# T — датчик температуры газовой сети
газ

Details

Ненаправленный газовый порт, связанный с датчиком температуры. Через этот порт не проходит поток массы или энергии. Порт T определяет температуру в газовой сети.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Temperature sensing значение Gas sensing port.

Имя для программного использования

gas_sensing_port

# T — датчик температуры тепловой сети
тепло

Details

Ненаправленный тепловой порт, связанный с датчиком температуры. Через этот порт не проходит поток массы или энергии. Порт T определяет температуру в тепловой сети.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Temperature sensing значение Thermal sensing port.

Имя для программного использования

thermal_sensing_port

Параметры

Parameters

# Valve operation — знак изменения площади открытия
Opens above activation temperature | Closes above activation temperature

Details

Знак изменения площади открытия, вызванного увеличением температуры. Площадь открытия может увеличиваться или уменьшаться при повышении температуры. Изменение начинается при температуре срабатывания и продолжается при нагревании во всем температурном диапазоне регулирования клапана.

Значение по умолчанию Opens above activation temperature соответствует нормально закрытому клапану, который открывается при повышении температуры. Второе значение Closes above activation temperature соответствует нормально открытому клапану, который закрывается при той же температуре.

Значения	`Opens above activation temperature` \| `Closes above activation temperature`
Значение по умолчанию	`Opens above activation temperature`
Имя для программного использования	`operation`
Вычисляемый	Нет

# Temperature sensing — метод измерения температуры, управляющей клапаном
Valve inlet temperature | Gas sensing port | Thermal sensing port

Details

Метод, используемый блоком для измерения температуры, управляющей клапаном:

Valve inlet temperature — для управления клапаном используется температура на входе.
Gas sensing port — для управления клапаном используется температура на газовом датчике T. Подключите этот порт к любой части газовой сети, чтобы использовать эту температуру для управления клапаном. Порт T используется только как датчик, через него не проходит поток газа.
Thermal sensing port — для управления клапаном используется температура на датчике тепла T. Подключите этот порт к любой части тепловой сети, чтобы использовать эту температуру для управления клапаном. Порт T используется только как датчик и не имеет теплообмена с окружающей средой.

Значения	`Valve inlet temperature` \| `Gas sensing port` \| `Thermal sensing port`
Значение по умолчанию	`Valve inlet temperature`
Имя для программного использования	`temperature_sensing_port_type`
Вычисляемый	Нет

Details

Температура, при которой срабатывает механизм открытия. При нагреве выше этой температуры клапан либо открывается, либо закрывается, в зависимости от значения параметра Valve operation. Площадь открытия меняется во всем диапазоне регулирования температуры клапана.

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`330.0 K`
Имя для программного использования	`T_activation`
Вычисляемый	Да

Details

Диапазон регулирования температуры, в котором площадь открытия клапана изменяется в зависимости от температуры.

Интервал, в котором площадь клапана изменяется, начинается с температуры срабатывания клапана Activation temperature и заканчивается суммой температуры срабатывания Activation temperature и диапазона регулирования Temperature regulation range.

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`8.0 deltaK`
Имя для программного использования	`T_range`
Вычисляемый	Да

# Sensor time constant — время регистрации изменения температуры на входном датчике
s | ns | us | ms | min | hr | d

Details

Характерное время регистрации изменения температуры на входном датчике. Этот параметр определяет задержку между началом изменения и его стабильным измерением, проводимым по мере приближения датчика к новому устойчивому состоянию. Значение 0 означает, что датчик мгновенно реагирует на изменение температуры.

Единицы измерения	`s` \| `ns` \| `us` \| `ms` \| `min` \| `hr` \| `d`
Значение по умолчанию	`1.5 s`
Имя для программного использования	`tau`
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

# Leakage flow fraction — соотношение расходов

Details

Отношение расхода через закрытое и через открытое отверстие.

Значение по умолчанию	`1.0e-6`
Имя для программного использования	`leakage_fraction`
Вычисляемый	Да

# Smoothing factor — числовой коэффициент сглаживания

Details

Коэффициент непрерывного сглаживания, который обеспечивает плавность открытия за счет поправки в характеристике отверстия в почти открытом и почти закрытом положениях.

Значение по умолчанию	`0.01`
Имя для программного использования	`smoothing_factor`
Вычисляемый	Да

# Laminar flow pressure ratio — отношение давлений, при котором поток переходит между ламинарным и турбулентным режимами

Details

Отношение давления на выходе к давлению на входе, при котором поток переходит между ламинарным и турбулентным режимами течения.

Типичные значения варьируются от 0.995 до 0.999.

Значение по умолчанию	`0.999`
Имя для программного использования	`B_laminar`
Вычисляемый	Да

# Cross-sectional area at ports A and B — площадь на входе или выходе из клапана
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Эта площадь используется при вычислении массового расхода через порты.

Порты имеют одинаковый размер. Значение этого параметра должно соответствовать площади входного отверстия компонента, к которому подключается блок.

Единицы измерения	`m^2` \| `um^2` \| `mm^2` \| `cm^2` \| `km^2` \| `in^2` \| `ft^2` \| `yd^2` \| `mi^2` \| `ha` \| `ac`
Значение по умолчанию	`0.01 m^2`
Имя для программного использования	`port_area`
Вычисляемый	Да

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

Details

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