Pressure-Reducing Valve (IL)

Редукционный клапан в сети изотермической жидкости.

pressure reducing valve il

Описание

Блок Pressure-Reducing Valve (IL) представляет собой редукционный клапан в сети изотермической жидкости. Клапан остается открытым, когда давление в порту B меньше заданного. Когда давление в порту B достигает или превышает заданное значение, клапан закрывается. Блок управляется разностью между установочным давлением и давлением в порту B. Блок содержит часть обратного клапана, которая функционирует идентично блоку Check Valve (IL) при обратном движении потока. Для управления давлением на основе другого элемента жидкостной системы см. блок Pressure Compensator Valve (IL).

Регулирование давления

Блок Pressure-Reducing Valve (IL) регулирует давление между установочным давлением и максимальным давлением.

Блок поддерживает два режима регулирования:

Если флажок Controlled set pressure установлен, то установочное давление задается сигналом с порта Ps. Блок регулирует давление, когда давление в порту B выше установочного давления и ниже . Давление в порту B действует как управляющее давление для этого клапана. Значение равно сумме и диапазона регулирования давления.
Если флажок Controlled set pressure не установлен, то установочное давление постоянно и задается параметром Set pressure (gauge).

Определение диапазона регулирования давления зависит от значения параметра Opening parameterization:

Linear - Area vs. pressure — диапазон регулирования давления задается параметром Pressure regulation range.
Tabulated data - Area vs. Pressure — диапазон регулирования давления определяется как разница между последним и первым элементами параметра Pressure at port B (gauge) vector.
Tabulated data - Volumetric flow rate vs. pressure — диапазон регулирования давления определяется как разница между первым и последним элементами параметра Reference pressure at port B (gauge) vector.

Параметризация: площадь в зависимости от давления

Если для параметра Opening parameterization установлено значение Linear - Area vs. pressure, то площадь проходного сечения клапана составляет

Нормализованное давление представляет собой

Когда клапан находится в почти открытом или почти закрытом положении при линейной параметризации, можно поддерживать численную устойчивость в моделировании, регулируя параметр Smoothing factor. Если параметр Smoothing factor ненулевой, обеспечивается плавное изменение управляющего давления и .

На рисунке показаны характеристики открытия клапана при использовании линейной параметризации площади. Площадь открытия уменьшается линейно с увеличением давления на выходе . Площадь открытия варьируется от до , а рабочий диапазон давления начинается с и доходит до .

pressure reducing valve il 1

Если для параметра Opening parameterization установлено значение Tabulated data - Area vs. Pressure, то блок вычисляет площадь открытия как

где

— управляющее давление;
;
— значение параметра Pressure at port B (gauge) vector;
— смещение внутреннего давления, при котором клапан начинает закрываться, когда , ;
— значение параметра Opening area vector.

Значения и — первый и последний элементы параметра Opening area vector соответственно.

На рисунке показаны характеристики открытия клапана при использовании табличной параметризации.

pressure reducing valve il 2

Сохранение массы

Если для параметра Opening parameterization установлено значение Linear - Area vs. pressure или Tabulated data - Area vs. Pressure, уравнение сохранения массы при проходе через клапан выглядит следующим образом:

Массовый расход через клапан рассчитывается следующим образом:

где

— коэффициент расхода, значение параметра Discharge coefficient;
— мгновенная площадь открытия клапана;
— значение параметра Cross-sectional area at ports A and B;
— средняя плотность жидкости;
— разница давлений в клапане .

Критический перепад давления, — перепад давления, связанный со значением критического числа Рейнольдса , задаваемого параметром Critical Reynolds number, которое является точкой перехода режима между ламинарным и турбулентным режимами течения. Блок рассчитывает критический перепад давления как:

Потеря давления учитывает снижение давления в клапане из-за уменьшения его площади и рассчитывается как:

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

Блок вычисляет , используя динамику открытия клапана.

Динамика открытия Для параметризации любой из областей можно выбрать моделирование динамики открытия клапана. Если установлен флажок Opening dynamics, то блок вводит запаздывание в реакцию потока на открытие клапана и величина становится динамической площадью открытия , в противном случае, — это площадь открытия в установившемся режиме. Производная динамического управляющего давления рассчитывается на основе постоянной времени Opening time constant :

По умолчанию флажок Opening dynamics снят.

Динамика установившегося состояния задается той же параметризацией, что и открытие клапана, и основывается на управляющем давлении, .

Параметризация: объемный расход в зависимости от давления

Уравнения параметризации объемного расхода относятся к следующим величинам:

— параметр Reference volumetric flow rate vector.
и — параметры Reference pressure at port A (gauge) vector и Reference pressure at port B (gauge) vector соответственно.
— это либо параметр Set pressure (gauge), либо значение давления на порту Ps.
— это коэффициент расхода через редукционную ступень, который блок рассчитывает во время симуляции.
— средняя плотность жидкости в редукционном клапане.
— перепад давления потока жидкости на клапане.
— критический перепад давления жидкости.
— коэффициент расхода, который задан внутри блока.
— критическое число Рейнольдса, которое задано внутри блока.
— кинематическая вязкость, которая для сети изотермической жидкости принята постоянной.

Если для параметра Opening parameterization установлено значение Tabulated data - Volumetric flow rate vs. pressure, то блок вычисляет сглаженный массовый расход редукционного клапана по:

Блок вычисляет значение с помощью функции tablelookup:

Управляющее давление рассчитывается как

где – дренажное давление, принятое равным 1 атм.

Вектор опорного управляющего давления определяется следующим образом

где — это внутреннее смещение давления, которое заставляет клапан начать закрываться, когда . Таким образом, . На рисунке показано, как блок управляет давлением с помощью параметризации объемного расхода.

pressure reducing valve il 3

Порты

Вход

Ps — задающий установочное давление
скаляр

Порт, задающий установочное давление, которое управляет работой клапана, Па.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите флажок Controlled set pressure.

Ненаправленные

A — порт изотермической жидкости
изотермическая жидкость

Порт изотермической жидкости, соответствует входу или выходу клапана.

B — порт изотермической жидкости
изотермическая жидкость

Порт изотермической жидкости, соответствует входу или выходу клапана.

Параметры

Controlled set pressure — включить порт управляющего давления
выключено (по умолчанию) | включено

Если флажок снят, то клапан закрывается линейно в фиксированном диапазоне регулирования давления или в соответствии с предоставленными табличными данными о давлении и площади открытия.

Если флажок установлен, то клапан закрывается в соответствии с установочным давлением, заданным на порту Ps в фиксированном диапазоне регулирования давления.

Opening parameterization — метод расчета открытия или закрытия клапана
Linear - Area vs. pressure (по умолчанию) | Tabulated data - Area vs. pressure | Tabulated data - Volumetric flow rate vs. pressure

Метод моделирования открытия клапана. Варианты для выбора:

Linear - Area vs. pressure или Tabulated data - Area vs. pressure— площадь открытия клапана от управляющего давления.
Tabulated data - Volumetric flow rate vs. pressure — используется эталонная кривая расхода и перепада давления редукционного клапана.

Set pressure (gauge) — избыточное давление, при превышении которого срабатывает клапан
0.1 МПа (по умолчанию) | положительный скаляр

Избыточное давление, при превышении которого срабатывает клапан. Когда давление в порту B достигает этого значения, клапан начинает закрываться. Этот параметр смещает опорную кривую таким образом, чтобы редукционный клапан начинал закрываться, когда давление в порту B равно заданному давлению.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, снимите флажок Controlled set pressure.

Pressure regulation range — диапазон регулирования давления
1 МПа (по умолчанию) | положительный скаляр

Рабочий диапазон давлений клапана. Диапазон регулирования давления определяет разницу между параметром Set pressure (gauge) и максимальным рабочим давлением клапана.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Opening parameterization значение Linear - Area vs. pressure.

Maximum opening area — площадь полностью открытого клапана
1e−4 м² (по умолчанию) | положительный скаляр

Площадь поперечного сечения отверстия клапана в полностью открытом положении.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Opening parameterization значение Linear - Area vs. pressure.

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

Сумма всех зазоров, когда клапан находится в полностью закрытом положении. Любая площадь меньше этого значения поддерживается на уровне указанной площади утечки. Этот параметр способствует устойчивости численного решения, поддерживая непрерывность потока.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Opening parameterization значение Linear - Area vs. pressure.

Pressure at port B (gauge) vector — вектор манометрического давления, используемого для табличной параметризации
[0.2:0.2:1.2…] МПа (по умолчанию) | вектор

Вектор значений избыточного давления для табличной параметризации площади открытия клапана. Элементы вектора должны один в один соответствовать элементам вектора из параметра Opening area vector. Элементы перечисляются в порядке возрастания и должны быть больше 0. Между точками табличных данных используется линейная интерполяция.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Opening parameterization значение Tabulated data - Area vs. pressure.

Opening area vector — вектор значений площади открытия клапана для табличной параметризации

[1e−10, 1e−05, 2e−05, 3e−05, 4e−05, 5e−05, 6e−05, 7.5e−05, 8.5e−05, 0.0001] м² (по умолчанию)

| вектор

Вектор значений площади открытия клапана для табличной параметризации. Элементы вектора должны соответствовать элементам параметра Pressure at port B (gauge) vector. Элементы перечисляются в порядке возрастания и должны быть больше 0. Между точками табличных данных используется линейная интерполяция.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Opening parameterization значение Tabulated data - Area vs. pressure.

Cross-sectional area at ports A and B — площадь входа и выхода из клапана
Inf (по умолчанию) | положительный скаляр

Площадь поперечного сечения портов A и B. Эта величина используется в уравнении давление-расход, определяющем массовый расход через отверстие.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Opening parameterization значение Linear - Area vs. pressure или Tabulated data - Area vs. pressure.

Discharge coefficient — коэффициент расхода
0.64 (по умолчанию) | положительный скаляр в диапазоне [0,1]

Поправочный коэффициент, учитывающий потери на разряжение в теоретических потоках.

Зависимости

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

Критическое значение числа Рейнольдса, которое соответствует верхней границе ламинарного режима течения через клапан.

Зависимости

Smoothing factor — коэффициент сглаживания
0.01 (по умолчанию) | положительный скаляр

Коэффициент непрерывного сглаживания, который задает степень изменения реакции потока, когда клапан находится в почти открытом и почти закрытом положениях. Установите ненулевое значение меньше единицы, чтобы повысить стабильность моделирования в этих режимах.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Opening parameterization значение Linear - Area vs. pressure.

Pressure recovery — учитывать ли повышение давления при расширении площади
выключено (по умолчанию) | включено

Учитывать ли повышение давления при перетекании жидкости из области с меньшей площадью поперечного сечения в область с большей площадью поперечного сечения.

Зависимости

Opening dynamics — учитывать ли реакцию потока на открытие клапана
выключено (по умолчанию) | включено

Учитывать ли переходные эффекты в системе жидкости, вызванные открытием клапана. Установка флажка Opening dynamics аппроксимирует условия открытия путем введения запаздывания первого порядка в реакцию потока. Моделируемой динамикой открытия управляет параметр Opening time constant.

Зависимости

Opening time constant — постоянная времени открытия клапана
0.1 с (по умолчанию) | включено

Константа, определяющая время, необходимое жидкости для достижения устойчивого состояния при открытии или закрытии клапана из одного положения в другое. Этот параметр влияет на моделирование динамики открытия.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Opening parameterization значение Linear - Area vs. pressure или Tabulated data - Area vs. pressure и установите флажок Opening dynamics.

Reference pressure at port A (gauge) — эталонное давление на порту A
1.5 МПа (по умолчанию) | положительный скаляр

Постоянное давление в порту A, на основе которого строится эталонная кривая. Это значение обычно соответствует максимальному рабочему давлению клапана. Во время симуляции давление в порту A может быть любым.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Opening parameterization значение Tabulated data - Volumetric flow rate vs. pressure.

Reference pressure at port B (gauge) vector — эталонное давление на порту B
[1.2, 1.0, 0.8, 0.6, 0.4, 0.2] МПа (по умолчанию) | вектор

Вектор монотонно уменьшающихся значений давления в порту B на эталонной кривой при изменении площади открытия клапана. Первый элемент — это эталонное максимальное давление, при котором клапан полностью закрывается. Последний элемент – эталонное управляющее давление.

Зависимости

Volumetric flow rate vector — вектор значений объемного расхода для табличной параметризации
[1.0e-9, 1.8e-5, 6.6e-5, 1.3e-4, 2.0e-4, 2.8e-4] м³/c (по умолчанию) | вектор

Вектор монотонно возрастающих эталонных значений расхода через клапан. Блок использует эту кривую для вычисления коэффициента расхода для изменяющейся площади клапана.

Зависимости

Check Valve

Enable check valve — опция включения обратного клапана
выключено (по умолчанию) | включено

Подключается ли в блоке внутренний обратный клапан.

Cracking pressure differential — установочное давление для работы обратного клапана
0.1 МПа (по умолчанию) | положительный скаляр

Перепад давления, при котором срабатывает обратный клапан.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Enable check valve, а для параметра Opening parameterization установите значение Linear - Area vs. pressure.

Maximum opening pressure differential — максимальный перепад давления на клапане
0.2 МПа (по умолчанию) | положительный скаляр

Перепад давления при полностью закрытом обратном клапане.

Зависимости

Maximum opening area — площадь полностью открытого клапана
1e−4 м² (по умолчанию) | положительный скаляр

Площадь поперечного сечения отверстия клапана в полностью открытом положении. Внутри обратный клапан расположен параллельно редукционной ступени.

Зависимости

Pressure differential vector — значения перепада давления для работы обратного клапана
[0.1:0.1:1…] МПа (по умолчанию) | вектор

Вектор перепада давления для ступени обратного клапана. Блок вычисляет перепад давления обратного клапана как давление на порту B по отношению к давлению на порту A.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Enable check valve, а для параметра Opening parameterization установите значение Tabulated data - Area vs. pressure или Tabulated data - Volumetric flow rate vs. pressure.

Opening area vector — вектор значений площади открытия обратного клапана
[1e−10, 1e−5, 2e−5, 3e−5, 4e−5, 5e−5, 6e−5, 7.5e−5, 8.5e−5, 1e−4] м² (по умолчанию) | вектор

Вектор значений площади открытия для ступени обратного клапана. Значения в этом векторе один в один соответствуют элементам вектора из параметра Pressure differential vector.

Зависимости

Volumetric flow rate vector — вектор значений объемного расхода обратного клапана
[.000358, .045, .11, .191, .284, .39, .505, .63, .764, .905] м³/c (по умолчанию) | вектор

Вектор значений объемного расхода для ступени обратного клапана. Значения вектора должны соответствовать элементам вектора Pressure differential vector.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Enable check valve, а для параметра Opening parameterization установите значение Tabulated data - Volumetric flow rate vs. pressure.