Документация Engee

Spool Orifice (IL)

Отверстие между золотником и гильзой с круглыми окнами или прямоугольным окном в сети изотермической жидкости.

Spool Orifice - Round Holes (IL)
round spool orifice (il)

Spool Orifice - Rectangular Slot (IL)
rectangular spool orifice (il)

Описание

Блок Spool Orifice (IL) моделирует поток через отверстие между золотником и гильзой с окнами. Окна в гильзе перекрываются и открываются при перемещении золотника. Они могут представлять собой ряд круглых окон или одно прямоугольное окно. Рассчитывается расход через суммарную площадь сечения открытых отверстий между гильзой с окнами и золотником, который выдвигается или задвигается в соответствии с сигналом, поступающим на порт S. Несколько блоков Spool Orifice (IL) могут быть соединены для моделирования нескольких наборов окон вдоль нескольких рядов окон по оси золотниковой пары.

Гидродинамическая сила

Сила, возникающая в результате воздействия потока жидкости на золотник:

,

где

  • — массовый расход через порт A;

  • — плотность жидкости;

  • — площадь открытого отверстия, которая определяется положением золотника и геометрией отверстия Orifice geometry.

  • — угол наклона струи, который рассчитывается по приближенной формуле фон Мизеса:

,

где — радиальный зазор между золотником и гильзой Radial clearance, а — перемещение золотника;

  • — направление движения золотника Orifice orientation, соответствующее открытию отверстия при положительном или отрицательном сигнале на порту S.

Площадь открытого отверстия

Установка параметра Opening orientation в значение Positive spool displacement opens the orifice означает, что отверстие открывается при выдвижении золотника, а в значение Negative spool displacement opens the orifice означает, что отверстие открывается при втягивании золотника.

Площадь сечения зазора Leakage area , через который может происходить утечка жидкости, когда отверстие закрыто, считается небольшой областью, что обеспечивает непрерывность численного решения. Кроме того, ненулевое значение коэффициента сглаживания Smoothing factor может обеспечить повышенную устойчивость численного решения, когда отверстие находится в почти закрытом или почти открытом положении.

Круглые окна

Если для параметра Orifice geometry установлено значение Round holes, то задаются равномерно распределенные по периметру гильзы круглые окна с одинаковыми диаметрами и центрами, выровненными в одной плоскости.

spool orifice 1
spool orifice 2

Площадь открытого отверстия вычисляется как:

,

где

  • угол открытого отверстия определяется из управляющего сигнала на порту S:

;

  • — число круглых окон;

  • — диаметр круглых окон;

  • — площадь сечения зазора, между золотником и гильзой определяется как

;

  • — перемещение регулирующего элемента (золотника):

,

где — положение регулирующего элемента при закрытом отверстии Control member position at closed orifice.

Максимальная площадь открытого отверстия определяется как:

.

Прямоугольное окно

Если для параметра Orifice geometry установлено значение Rectangular slot, то задается одно прямоугольное окно в гильзе.

spool orifice 3

Площадь открытого отверстия вычисляется как:

,

где — ширина прямоугольного окна Orifice width.

Максимальная площадь открытого отверстия определяется как:

,

где — перемещение золотника между закрытым и открытым состоянием отверстия Spool travel between closed and open orifice.

При минимальной площади отверстия площадь утечки составляет:

.

Численное сглаживание смещения перемещения

В крайних точках диапазона открытия отверстий можно обеспечить численную устойчивость моделирования, настроив в блоке параметр Smoothing factor. Блок применяет функцию сглаживания к перемещению на всем диапазоне, но в первую очередь влияет на моделирование в крайних точках этого диапазона.

Если параметр Smoothing factor не равен нулю, обеспечивается плавность перемещения золотника, то блок плавно насыщает открытие отверстия в диапазоне от до , где :

  • Значение параметра Diameter of round holes, если для параметра Orifice geometry установлено значение Round holes.

  • Значение параметра Spool travel between closed and open orifice, если для параметра Orifice geometry установлено значение Rectangular slot.

Уравнение массового расхода

Поток через отверстие золотника можно определить из соотношения давления и расхода:

,

где

  • — коэффициент расхода Discharge coefficient;

  • — площадь поперечного сечения на входе и выходе портов А и B Cross-sectional area at ports A and B;

  • — средняя плотность жидкости;

  • — площадь открытого отверстия кроме тех случаев, когда:

    • Площадь открытого отверстия больше или равна площади при перемещении золотника на расстояние, равное Spool travel between closed and open orifice. Площадь отверстия в этом случае определяется как максимальная площадь открытого отверстия .

    • Площадь открытого отверстия меньше или равна площади минимального открытого отверстия. Площадь отверстия в этом случае определяется как .

  • — критический перепад давления, определяемый из значения критического числа Рейнольдса Critical Reynolds number , которое является точкой перехода между ламинарным и турбулентным течением жидкости:

;

  • — коэффициент потерь давления при сужении потока. Рассчитывается как:

.

Восстановление давления Pressure recovery учитывает повышение давления на выходе из отверстия засчет увеличения площади поперечного сечения. Если нет необходимости учитывать этот эффект, то для параметра Pressure recovery установите значение выключено, в этом случае будет равен 1.

Порты

Ненаправленные

A — порт изотермической жидкости
изотермическая жидкость

Порт изотермической жидкости, соответствует входу или выходу отверстия.

B — порт изотермической жидкости
изотермическая жидкость

Порт изотермической жидкости, соответствует входу или выходу отверстия.

Вход

S — положение регулирующего элемента, м
скаляр

Порт положения регулирующего элемента (золотника), задающего открытие отверстия.

Выход

F — гидродинамическая сила, H
скаляр

Выходной порт осевого усилия потока на золотник.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Flow force output значение включено.

Параметры

Orifice geometry — тип окна
Round holes (по умолчанию) | Rectangular slot

Геометрия окон в гильзе. Варианты для выбора:

  • Round holes (по умолчанию) — круглые окна равномерно распределены по окружности гильзы, имеют одинаковые диаметры и центры, выровненные в одной плоскости.

  • Rectangular slot — в гильзе расположено одно прямоугольное окно.

Diameter of round holes — диаметр круглых окон
0.005 м (по умолчанию) | положительный скаляр

Диаметр круглых окон в гильзе.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Orifice geometry значение Round holes.

Number of round holes — количество круглых окон
6 (по умолчанию) | положительное целое число

Количество круглых окон, равномерно распределенных по окружности гильзы.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Orifice geometry значение Round holes.

Orifice width — ширина прямоугольного окна
0.01 м (по умолчанию) | положительный скаляр

Ширина прямоугольного окна.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Orifice geometry значение Rectangular slot.

Spool travel between closed and open orifice — максимальное перемещение золотника
0.005 м (по умолчанию) | положительный скаляр

Максимальное перемещение (ход) золотника. Это значение определяет верхний предел перемещения, чтобы обеспечить адекватность (физичность) моделирования.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Orifice geometry значение Rectangular slot.

Spool position at closed orifice — смещение золотника
0 м (по умолчанию) | положительный скаляр

Отрицательное ненулевое значение указывает на продольный (осевой) люфт — окно остается открытым при начальном положении золотника, заданном сигналом на порту S.

Flow force output — расчет осевой гидродинамической силы потока, действующей на золотник
выключено (по умолчанию) | включено

Значение параметра определяет, будет ли производиться расчет осевой гидродинамической силы, действующей на золотник. При выборе этого параметра создается выходной порт F, на который выводится значение осевой гидродинамической силы, действующей на золотник в Н.

Radial clearance — радиальный зазор между золотником и гильзой
1e−5 м (по умолчанию) | положительный скаляр

Значение радиального зазора между золотником и гильзой.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Flow force output значение включено.

Leakage area — площадь зазора в закрытом положении
1e−10 м² (по умолчанию) | положительный скаляр

Сумма площадей всех зазоров, когда окна полностью перекрыты. Любая площадь, меньшая этого значения, приравнивается к заданной площади утечки. Это способствует устойчивости численного решения, поддерживая непрерывность потока.

Cross-sectional area at ports A and B — площадь на входе и выходе портов
Inf (по умолчанию) | положительный скаляр

Площадь поперечного сечения на входе и выходе портов A и B. Эта площадь используется при вычислении массового расхода через отверстие.

Opening orientation — направление движения золотника, соответствующее открытию отверстия
Positive spool displacement opens the orifice (по умолчанию) | Negative spool displacement opens the orifice

Направление перемещения элемента, соответствующее открытию отверстия. Положительная ориентация означает, что положительный сигнал на S открывает отверстие. Отрицательное направление означает, что отрицательный сигнал на S открывает отверстие.

Discharge coefficient — коэффициент расхода
0.64 (по умолчанию) | положительный скаляр

Поправочный коэффициент – отношение фактического массового расхода к теоретическому массовому расходу через отверстие.

Critical Reynolds number — верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного потока
150 (по умолчанию) | положительный скаляр

Число Рейнольдса, при котором сохраняется ламинарный режим течения через отверстие.

Smoothing factor — числовой коэффициент сглаживания
0.01 (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне [0,1]

Коэффициент непрерывного сглаживания, который обеспечивает плавность перемещения, когда клапан вводит уровень постепенного изменения, основанный на характеристике потока, когда клапан находится в почти открытом и почти закрытом положениях. Установите ненулевое значение меньше единицы, чтобы повысить стабильность моделирования в этих режимах.

Pressure recovery — учет повышения давления при расширении области
выключено (по умолчанию) | включено

Определяет, будет ли учитываться повышение давления при перетекании жидкости из области с меньшей площадью поперечного сечения в область с большей площадью поперечного сечения.

Если снять флажок Pressure recovery, это увеличение давления не учитывается.