Pressure-Reducing 3-Way Valve (IL)

Комбинированный предохранительный и редукционный клапан в сети изотермической жидкости.

Тип: EngeeFluids.IsothermalLiquid.Valves.PressureControl.ReducingThreeWay

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Fluids/Isothermal Liquid/Valves & Orifices/Pressure Control Valves/Pressure-Reducing 3-Way Valve (IL)

Описание

Блок Pressure-Reducing 3-Way Valve (IL) представляет собой комбинацию предохранительного и редукционного клапанов. Он поддерживает давление на выходе клапана (порт A) путем ограничения площади входящего потока через порт P и сброса потока через порт T.

Функциональность клапана

Блок управляет работой клапана, сравнивая разность давлений между портами A и T с заданным диапазоном пороговых значений давления. Когда разность давлений между портами A и T превышает , порт P начинает закрываться. Когда находится в диапазоне от до , блок находится в переходном диапазоне, и оба клапана на портах P и T закрыты. Когда превышает диапазон перехода давления , где , порт T начинает открываться.

Для моделирования сброса или снижения давления относительно другого элемента системы см. описание блока Редукционный клапан со сбросом давления (ИЖ). Для моделирования снижения давления между выходом клапана и атмосферой см. описание блока Редукционный клапан (ИЖ). Для моделирования сброса давления относительно клапана или между выходом клапана и атмосферным давлением, см. описание блока Предохранительный клапан (ИЖ).

Регулирование давления

Когда давление превышает пороговое давление , клапан на порту P начинает закрываться. Когда давление выходит за пределы переходного диапазона, т.е. когда , клапан на порту T начинает открываться. Закрытие и открытие клапана параметризуются двумя способами:

Если флажок Set pressure control установлен, блок использует сигнал давления на порту Ps для управления клапаном. В этом режиме является значением параметра Pressure regulation range, а — значением параметра Pressure transition range. Редукционный клапан начинает закрываться, когда становится больше , что соответствует значению сигнала на порту Ps. Срабатывание предохранительного клапана, т.е. порт T начинает открываться, происходит, когда больше и меньше . Давление — это сумма значений параметра Pressure regulation range и .
Если флажок Set pressure control снят, закрытие клапана на порту P непрерывно регулируется либо линейной, либо табличной параметризацией. Аналогично, открытие предохранительного клапана на порту T параметризуется линейно или с помощью таблицы поиска. Пример линейной параметризации редукционного клапана (более яркая линия) и предохранительного клапана (менее яркая линия) показан ниже.

Если для параметра Opening parameterization установлено значение Linear, то — это значение параметра Set pressure differential for reducing valve, — значение параметра Pressure regulation range, — значение параметра Pressure transition range. Давление равно сумме значений параметра Pressure regulation range и .

Если для параметра Opening parameterization установлено значение Tabulated data, то и будут первым и последним элементами вектора параметра Pressure differential vector for reducing valve соответственно, а и — первым и последним элементами вектора параметра Pressure differential vector for relief valve соответственно. Пример табличной параметризации редукционного и предохранительного клапанов показан ниже.

Уравнение массового расхода

Закон сохранения импульса через клапан имеет вид

Массовый расход через клапаны рассчитывается следующим образом

где

— значение параметра Discharge coefficient;
— площадь мгновенного открытия клапана между портами A и P или A и T, как указано в нижнем индексе;
— значение параметра Cross-sectional area at ports A, P and T;
— средняя плотность жидкости;
— разность давлений в клапане, .

Критический перепад давления — это перепад давления, связанный со значением критического числа Рейнольдса , задаваемого параметром Critical Reynolds number, точкой перехода режима между ламинарным и турбулентным течением, которая соответствует либо редукционному, либо предохранительному компоненту клапана. Блок рассчитывает критический перепад давления как

где — это либо , либо , соответствующие редукционному или предохранительному компоненту клапана соответственно.

Потеря давления описывает снижение давления в клапане из-за уменьшения его площади поперечного сечения и рассчитывается как

Восстановление давления описывает положительное изменение давления в клапане из-за увеличения площади поперечного сечения. Чтобы не учитывать восстановление давления, снимите флажок Pressure recovery. В этом случае потеря давления .

Если флажок Set pressure control снят, блок рассчитывает площадь открытия , используя параметризацию открытия редукционного клапана (P к A) или предохранительного клапана (A к T) и динамику открытия клапана.

Параметризация открытия и закрытия клапана

Если для параметра Opening parameterization установлено значение Linear, площадь открытия редукционного клапана определяется следующим образом:

а для предохранительного клапана

Нормализованное давление представляет собой

где установочное и максимальное давления соответствуют настройкам редукционного или предохранительного клапана.

Когда клапан находится в почти открытом или почти закрытом положении в линейной параметризации, можно поддерживать численную устойчивость в моделировании, регулируя параметр Smoothing factor. Если параметр Smoothing factor ненулевой, блок плавно поддерживает управляющее давление между и .

Если для параметра Opening parameterization установлено значение Tabulated data, то и являются первым и последним элементами вектора параметра Opening area vector reducing valve соответственно, а и — первым и последним элементами вектора параметра Opening area vector for relief valve соответственно. Блок вычисляет площадь открытия как

Для редукционного клапана блок рассчитывает площадь открытия, используя метод табличного поиска, где

— управляющее давление, представляющее собой перепад давлений между портами A и T;
;
— значение параметра Pressure differential vector for reducing valve;
— изменение внутреннего давления, которое заставляет клапан начать закрываться, когда ;
— значение параметра Opening area vector reducing valve.

Для предохранительного клапана блок рассчитывает площадь открытия, используя метод табличного поиска, где

— перепад давления между портами A и T;
;
— значение параметра Pressure differential vector for relief valve;
— изменение внутреннего давления, которое заставляет клапан начать открываться, когда ;
— значение параметра Opening area vector for relief valve.

Динамика открытия

Если установлен флажок Opening dynamics, то в реакцию потока на открытие клапана вносится запаздывание. Значение становится динамической площадью открытия или закрытия ; в противном случае — это площадь открытия в стационарном состоянии. Эта площадь характерна для редукционного и предохранительного компонентов клапана или соответственно. Мгновенное изменение динамической площади открытия рассчитывается на основе постоянной времени Opening time constant, :

По умолчанию флажок Opening dynamics снят.

Допущения и ограничения

Трение между клапаном и жидкостью, гидравлическая сила жидкости, действующая на компоненты клапана и влияние инерции жидкости не учитываются.

Порты

Ненаправленные

# P — порт изотермической жидкости
изотермическая жидкость

Details

Ненаправленный порт, связанный со входом жидкости в клапан.

Имя для программного использования

port_p

# T — порт изотермической жидкости
изотермическая жидкость

Details

Ненаправленный порт, связанный со сбросом жидкости.

Имя для программного использования

port_t

# A — порт изотермической жидкости
изотермическая жидкость

Details

Ненаправленный порт, связанный с выходом жидкости из клапана.

Имя для программного использования

port_a

Вход

# Ps — контролируемый перепад давления
скаляр

Details

Установочное давление с переменным сигналом для управления работой клапана.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите флажок Set pressure control.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Параметры

Parameters

# Set pressure control — метод работы клапана

Details

Метод работы клапана. Если флажок снят, то клапан открывается или закрывается линейно в фиксированном диапазоне регулирования давления и перехода давления или в соответствии с предоставленными табличными данными о давлении и площади открытия. Если флажок установлен, то клапан открывается или закрывается в соответствии с переменным сигналом установочного давления, заданного на порту на порту Ps в фиксированном диапазоне регулирования давления и перехода давления. Выбранная настройка применяется как к работе редукционного, так и к работе предохранительного клапана.

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`controlled`
Вычисляемый	Нет

# Opening parameterization — тип параметризации открытия
Linear | Tabulated data

Details

Метод расчета открытия или закрытия клапана. Открытие клапана параметризуется либо линейно, что связывает площадь открытия с заданным диапазоном давления, либо с помощью предоставленной таблицы значений, которая связывает площадь открытия клапана с данными о перепаде давления.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, снимите флажок Set pressure control.

Значения	`Linear` \| `Tabulated data`
Значение по умолчанию	`Linear`
Имя для программного использования	`opening_parameterization`
Вычисляемый	Нет

# Set pressure differential for reducing valve — установочное давление закрытия клапана на порту P
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg

Details

Перепад давления между портом T и портом A. При превышении заданного перепада давления клапан на порту P начинает закрываться. Закрытие параметризуется линейно или с помощью таблицы поиска, как определено в описании параметра Opening parameterization.

Единицы измерения	`Pa` \| `uPa` \| `hPa` \| `kPa` \| `MPa` \| `GPa` \| `kgf/m^2` \| `kgf/cm^2` \| `kgf/mm^2` \| `mbar` \| `bar` \| `kbar` \| `atm` \| `ksi` \| `psi` \| `mmHg` \| `inHg`
Значение по умолчанию	`0.6 MPa`
Имя для программного использования	`delta_p_set`
Вычисляемый	Да

# Pressure regulation range — диапазон рабочего давления клапана
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg

Details

Диапазон рабочего давления редукционного клапана. Диапазон регулирования давления находится между Set pressure differential for reducing valve и максимальным рабочим давлением клапана. По истечении Pressure regulation range редукционный клапан закрывается и начинается Pressure transition range.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Set pressure control или снимите флажок Set pressure control и установите для параметра Opening parameterization значение Linear.

Единицы измерения	`Pa` \| `uPa` \| `hPa` \| `kPa` \| `MPa` \| `GPa` \| `kgf/m^2` \| `kgf/cm^2` \| `kgf/mm^2` \| `mbar` \| `bar` \| `kbar` \| `atm` \| `ksi` \| `psi` \| `mmHg` \| `inHg`
Значение по умолчанию	`0.03 MPa`
Имя для программного использования	`p_regulation_range`
Вычисляемый	Да

# Pressure transition range — диапазон давления клапана при закрытых портах P и T
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg

Details

Диапазон давления трехходового клапана. Этот параметр определяет диапазон давления, начинающийся с конца Pressure regulation range, в пределах которого оба порта P и T закрыты. Ниже этого диапазона редукционный клапан на порту P открыт для потока, а выше этого диапазона открывается предохранительный клапан на порту T.

Зависимости

Единицы измерения	`Pa` \| `uPa` \| `hPa` \| `kPa` \| `MPa` \| `GPa` \| `kgf/m^2` \| `kgf/cm^2` \| `kgf/mm^2` \| `mbar` \| `bar` \| `kbar` \| `atm` \| `ksi` \| `psi` \| `mmHg` \| `inHg`
Значение по умолчанию	`0.02 MPa`
Имя для программного использования	`p_transition_range`
Вычисляемый	Да

# Maximum opening area — максимальная площадь открытия портов
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Площадь поперечного сечения клапана (P-A или A-T) в полностью открытом положении.

Зависимости

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	`0.0001 m^2`
Имя для программного использования	`max_area`
Вычисляемый	Да

# Leakage area — площадь зазора в полностью закрытом положении
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Сумма всех зазоров, когда клапан находится в полностью закрытом положении. Любая площадь, меньшая этого значения, насыщена до заданной площади утечки. Это способствует численной устойчивости, поддерживая непрерывность потока.

Зависимости

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	`1.0e-10 m^2`
Имя для программного использования	`leakage_area`
Вычисляемый	Да

# Cross-sectional area at ports A, P and T — площадь отверстий на ненаправленных портах
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Площадь поперечного сечения на входе и выходе портов A, P и T. Эта площадь используется в уравнении расхода давления, которое определяет массовый расход через отверстие.

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	`Inf m^2`
Имя для программного использования	`port_area`
Вычисляемый	Да

# Discharge coefficient — коэффициент расхода

Details

Поправочный коэффициент, учитывающий потери на расход в теоретических потоках. По умолчанию коэффициент расхода для клапана в Engee равен 0.64.

Значение по умолчанию	`0.64`
Имя для программного использования	`C_d`
Вычисляемый	Да

# Critical Reynolds number — верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного потока

Details

Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного потока через клапан.

Значение по умолчанию	`150.0`
Имя для программного использования	`Re_critical`
Вычисляемый	Да

# Pressure recovery — учитывать ли увеличение давления при расширении площади поперечного сечения

Details

Учитывает увеличение давления при перетекании жидкости из области с меньшей площадью поперечного сечения в область с большей площадью поперечного сечения. Это увеличение давления не учитывается, если снять флажок Pressure recovery.

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`pressure_recovery`
Вычисляемый	Нет

# Smoothing factor — численный коэффициент сглаживания

Details

Непрерывный коэффициент сглаживания, который вносит слой постепенного изменения в реакцию потока, когда клапан находится в почти открытом или почти закрытом положении. Установите ненулевое значение меньше единицы, чтобы повысить стабильность моделирования в этих режимах.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Opening parameterization значение Linear.

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

# Opening dynamics — внесение запаздывания потока из-за открытия отверстия

Details

Учитывает переходные процессы в системе жидкости, вызванные открытием клапана. Установка флажка Opening dynamics аппроксимирует условия открытия путем внесения запаздывания первого порядка в реакцию потока. Постоянная времени Opening time constant также влияет на моделируемую динамику открытия.

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`opening_dynamics`
Вычисляемый	Нет

# Opening time constant — постоянная времени открытия клапана
s | ns | us | ms | min | hr | d

Details

Постоянная, определяющая время, необходимое для достижения жидкостью стационарного состояния при открытии или закрытии клапана из одного положения в другое. Этот параметр влияет на моделируемую динамику открытия.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Opening dynamics.

Единицы измерения	`s` \| `ns` \| `us` \| `ms` \| `min` \| `hr` \| `d`
Значение по умолчанию	`0.1 s`
Имя для программного использования	`tau`
Вычисляемый	Да

# Pressure differential vector for reducing valve — значения перепада давления для табличной параметризации редукционного клапана
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg

Details

Вектор значений перепада давления для табличной параметризации площади открытия. Элементы вектора соответствуют значениям в параметре Opening area vector reducing valve. Значения вектора перепада давления перечислены в порядке возрастания и должны иметь такое же количество элементов, как и параметр Opening area vector reducing valve. Между точками табличных данных используется линейная интерполяция.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, снимите флажок Set pressure control и установите для параметра Opening parameterization значение Tabulated data.

Единицы измерения	`Pa` \| `uPa` \| `hPa` \| `kPa` \| `MPa` \| `GPa` \| `kgf/m^2` \| `kgf/cm^2` \| `kgf/mm^2` \| `mbar` \| `bar` \| `kbar` \| `atm` \| `ksi` \| `psi` \| `mmHg` \| `inHg`
Значение по умолчанию	`[0.6, 0.62, 0.64, 0.66, 0.68, 0.7] MPa`
Имя для программного использования	`delta_p_reducing_vector`
Вычисляемый	Да

# Opening area vector reducing valve — вектор площадей открытия клапана для табличной параметризации редукционного клапана
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Вектор значений площади открытия для табличной параметризации площади открытия. Элементы вектора должны соответствовать значениям в параметре Pressure differential vector for reducing valve. Площади перечислены в порядке убывания. Между точками табличных данных используется линейная интерполяция.

Зависимости

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	`[1.0e-5, 8.0e-6, 6.0e-6, 4.0e-6, 2.0e-6, 1.0e-10] m^2`
Имя для программного использования	`valve_area_reducing_vector`
Вычисляемый	Да

# Pressure differential vector for relief valve — значения перепада давления для табличной параметризации предохранительного клапана
Pa | uPa | hPa | kPa | MPa | GPa | kgf/m^2 | kgf/cm^2 | kgf/mm^2 | mbar | bar | kbar | atm | ksi | psi | mmHg | inHg

Details

Вектор значений перепада давления для табличной параметризации площади открытия. Элементы вектора соответствуют значениям в параметре Opening area vector for relief valve. Значения вектора перепада давления перечислены в порядке возрастания и должны иметь такое же количество элементов, как и параметр Opening area vector for relief valve. Между точками табличных данных используется линейная интерполяция.

Зависимости

Единицы измерения	`Pa` \| `uPa` \| `hPa` \| `kPa` \| `MPa` \| `GPa` \| `kgf/m^2` \| `kgf/cm^2` \| `kgf/mm^2` \| `mbar` \| `bar` \| `kbar` \| `atm` \| `ksi` \| `psi` \| `mmHg` \| `inHg`
Значение по умолчанию	`[0.68, 0.7, 0.72, 0.74, 0.76, 0.78] MPa`
Имя для программного использования	`delta_p_relief_vector`
Вычисляемый	Да

# Opening area vector for relief valve — вектор площадей открытия клапана для табличной параметризации предохранительного клапана
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Вектор значений площади открытия для табличной параметризации площади открытия. Элементы вектора должны соответствовать значениям в параметре Pressure differential vector for relief valve. Площади перечислены в порядке возрастания. Между точками табличных данных используется линейная интерполяция.

Зависимости

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	`[1.0e-10, 2.0e-6, 4.0e-6, 6.0e-6, 8.0e-6, 1.0e-5] m^2`
Имя для программного использования	`valve_area_relief_vector`
Вычисляемый	Да