Orifice (MA)

Сужение потока в сети влажного воздуха.

Тип: EngeeFluids.MoistAir.Orifices.LocalRestriction

Orifice (MA)

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Fluids/Moist Air/Valves & Orifices/Orifices/Orifice (MA)

Variable Orifice (MA)

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Fluids/Moist Air/Valves & Orifices/Orifices/Variable Orifice (MA)

Описание

Блок Orifice (MA) моделирует потерю давления в сети влажного воздуха из-за местного сопротивления, которым может быть сужение, отверстие или клапан, имеющего постоянную или переменную площадь проходного сечения. Для переменных отверстий управляющий элемент, подключенный к порту S, задает положение открытия.

Блок рассчитывает свойства влажного воздуха внутри клапана на основе входных условий. Теплообмен между влажным воздухом и окружающей средой отсутствует, поэтому фазовый переход внутри отверстия происходит только за счет перепада давления или распространения фазового перехода из другой части модели.

Параметризация отверстия

Расчет пропускной способности местного сопротивления зависит от значения параметра Orifice parameterization:

Cv flow coefficient — коэффициент расхода определяет зависимость пропускной способности от перепада давления. Коэффициент расхода измеряет легкость, с которой влажный воздух может течь под действием определенного перепада давления.
Kv flow coefficient — коэффициент расхода определяет зависимость пропускной способности от перепада давления, . Коэффициент расхода измеряет легкость, с которой влажный воздух может течь под действием определенного 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.

Характеристика отверстия

Если для параметра Orifice type установлено значение Variable, а для параметра Opening characteristic — Linear, блок использует входной сигнал порта S в качестве управляющего сигнала степени открытия отверстия:

где

— значение сигнала на порту S;
— значение параметра Control member position at closed orifice;
— значение параметра Control member travel between closed and open orifice.

Если для параметра Orifice type установлено значение Variable, а для параметра Opening characteristic — Tabulated, блок интерполирует характеристики отверстия на основе параметра Control member position vector и входного сигнала на порту S.

Для переменных отверстий преобразование управляющего сигнала в выбранную меру пропускной способности зависит от значения параметра Opening characteristic:

Linear — величина пропускной способности пропорциональна управляющему сигналу на порту S. По мере увеличения управляющего сигнала показатель пропускной способности изменяется от заданного минимума до заданного максимума.

Если для параметра Orifice parameterization установлено значение Cv flow coefficient или Kv flow coefficient, значение параметра xT pressure differential ratio factor at choked flow принимается постоянным и не зависит от управляющего сигнала.
Tabulated — величина пропускной способности вычисляется с помощью табличной функции от значения управляющего сигнала на порту S. Эта функция использует одномерную интерполяционную таблицу.

Если для параметра Orifice parameterization установлено значение Cv flow coefficient или Kv flow coefficient, то значение параметра xT pressure differential ratio factor at choked flow является функцией от значения управляющего сигнала.

Сохранение импульса

Параметр Orifice parameterization определяет, какие уравнения будут использованы для вычисления расхода. Если для параметра Orifice 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;
— удельный объем 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 Orifice parameterization установлено значение Kv flow coefficient, то блок использует те же уравнения, но заменяет на с помощью отношения .

Если для параметра Orifice 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

Значение Sonic conductance параметра Orifice parameterization предназначено для пневматических применений. Если вы используете этот параметр для влажного воздуха с высоким содержанием примесных газов или моделируете рабочую среду, отличную от воздуха, вам может потребоваться умножить акустическую проводимость на квадратный корень из относительной плотности смеси.

Если для параметра Orifice parameterization установлено значение Orifice area, то массовый расход определяется как

где

— значение параметра Discharge coefficient;
— показатель адиабаты.

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

Сохранение массы

Уравнения сохранения массы для влажного воздуха, водяного пара, примесных газов и капель воды через клапан следующие:

где

— массовый расход;
Нижние индексы и — порты A и B соответственно;
Нижние индексы и указывают на свойства водяного пара, газовых примесей и капель воды соответственно.

Сохранение энергии

Уравнение сохранения энергии в отверстии:

где

— расход энергии через порт A;
— расход энергии через порт B.

Допущения и ограничения

Блок не обменивается теплом с окружающей средой.

Порты

Вход

# S — положение управляющего элемента, м
скаляр

Details

Положение управляющего элемента, определяющее степень открытия.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Orifice type значение Variable.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Ненаправленные

# B — вход или выход влажного воздуха
влажный воздух

Details

Ненаправленный порт, связанный с входом или выходом потока влажного воздуха.

Имя для программного использования

port_b

# A — вход или выход влажного воздуха
влажный воздух

Details

Ненаправленный порт, связанный с входом или выходом потока влажного воздуха.

Имя для программного использования

port_a

Параметры

Основные

# Control member position vector — вектор положений управляющих элементов
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

Вектор положений управляющих элементов для табличных параметризаций отверстия. Элементы вектора соответствуют значениям в параметрах Orifice area vector, Cv flow coefficient vector или Kv flow coefficient vector.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Orifice type значение Variable, а для параметра Opening characteristic значение Tabulated.

Единицы измерения	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
Значение по умолчанию	`[0.0, 0.003, 0.006, 0.009, 0.012, 0.015] m`
Имена для программного использования	`control_displacement_vector_C_v`, `control_displacement_vector_area`, `control_displacement_vector_K_v`, `control_displacement_vector_C`
Вычисляемый	Да

# Kv flow coefficient vector — вектор значений коэффициента расхода

Details

Вектор коэффициентов расхода . Каждый коэффициент соответствует элементу параметра Control member position vector. Этот параметр определяет зависимость пропускной способности от перепада давления. Размерность вектора соответствует размерности Control member position vector.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Orifice type значение Variable, для параметра Orifice parameterization значение Kv flow coefficient, а для параметра Opening characteristic значение Tabulated.

Значение по умолчанию	`[1.0e-6, 0.72, 1.44, 2.16, 2.88, 3.6]`
Имя для программного использования	`K_v_vector`
Вычисляемый	Да

# Orifice 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 ;
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	`orifice_parameterization`
Вычисляемый	Нет

# 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.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Orifice parameterization значение Cv flow coefficient или Kv flow coefficient.

Значение по умолчанию	`0.7`
Имена для программного использования	`delta_p_ratio_K_v`, `delta_p_ratio_C_v`
Вычисляемый	Да

# Critical pressure ratio — критическое отношение давлений

Details

Отношение давлений, при котором поток становится критическим, а скорость потока достигает максимума, определяемого местной скоростью звука. Отношение между давлением на выходе и давлением на входе составляет .

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите:

для параметра Orifice type значение Constant и для параметра Orifice parameterization значение Sonic conductance, либо
для параметра Orifice type значение Variable, для параметра Orifice parameterization значение Sonic conductance и для параметра Opening characteristic значение Linear.

Значение по умолчанию	`0.3`
Имена для программного использования	`B_critical_linear`, `B_critical_fixed`
Вычисляемый	Да

# Control member position at closed orifice — смещение управляющего элемента
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

Смещение управляющего элемента, или значение на порту S, когда отверстие полностью закрыто.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Orifice type значение Variable, а для параметра Opening characteristic значение Linear.

Единицы измерения	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
Значение по умолчанию	`0 m`
Имя для программного использования	`min_control_displacement`
Вычисляемый	Да

# Control member travel between closed and open orifice — ход управляющего элемента
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

Расстояние, на которое смещается управляющий элемент между закрытым и открытым положениями отверстия. Если установить для параметра Opening orientation значение Positive control member displacement opens orifice, отверстие полностью открывается при сумме значений параметров Control member position at closed orifice и Control member travel between closed and open orifice. Если установить для параметра Opening orientation значение Negative control member displacement opens orifice, отверстие полностью открывается при разности значений параметров Control member position at closed orifice и Control member travel between closed and open orifice.

Зависимости

Единицы измерения	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
Значение по умолчанию	`0.005 m`
Имя для программного использования	`delta_control_displacement`
Вычисляемый	Да

# Discharge coefficient — коэффициент расхода

Details

Поправочный коэффициент — отношение фактического массового расхода к теоретическому массовому расходу. Этот параметр учитывает реальные потери, которые не отражены в уравнениях для отверстия.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Orifice parameterization значение Orifice area.

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

# Opening characteristic — вид характеристики пропускной способности
Linear | Tabulated

Details

Метод преобразования управляющего сигнала на порту S в выбранную меру пропускной способности.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Orifice type значение Variable.

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

# Sonic conductance — показатель пропускной способности в критическом режиме
l/(bar*s) | gal/(min*psi) | m^3/(Pa*s)

Details

Отношение массового расхода через отверстие к произведению давления на входе и плотности при стандартных условиях, определенных в ISO 8778, измеренное в момент наступления критического потока. Этот параметр определяет максимальный расход, допустимый при заданном давлении на входе.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Orifice type значение Constant, а для параметра Orifice parameterization значение Sonic conductance.

Единицы измерения	`l/(bars)` \| `gal/(minpsi)` \| `m^3/(Pa*s)`
Значение по умолчанию	`12 l/(bar*s)`
Имя для программного использования	`C_fixed`
Вычисляемый	Да

# Cv flow coefficient — коэффициент расхода

Details

Значение постоянного коэффициента расхода . Коэффициент расхода определяет зависимость пропускной способности от перепада давления.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Orifice type значение Constant, а для параметра Orifice parameterization значение Cv flow coefficient.

Значение по умолчанию	`4`
Имя для программного использования	`C_v_fixed`
Вычисляемый	Да

# Critical pressure ratio vector — вектор значений критического отношения давлений

Details

Вектор критических отношений давлений, при которых поток впервые становится критическим, причем каждое критическое отношение давления соответствует элементу параметра Control member position vector. Критическое отношение давлений — это отношение давления на выходе к давлению на входе, при котором поток становится критическим, а скорость потока достигает максимума, определяемого местной скоростью звука. Размерность вектора соответствует размерности Control member position vector.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Orifice type значение Variable, для параметра Orifice parameterization значение Sonic conductance, а для параметра Opening characteristic значение Tabulated.

Значение по умолчанию	`[0.3, 0.3, 0.3, 0.3, 0.3, 0.3]`
Имя для программного использования	`B_critical_vector`
Вычисляемый	Да

# Cv flow coefficient vector — вектор значений коэффициента расхода

Details

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Orifice type значение Variable, для параметра Orifice parameterization значение Cv flow coefficient, а для параметра Opening characteristic значение Tabulated.

Значение по умолчанию	`[1.0e-6, 0.8, 1.6, 2.4, 3.2, 4.0]`
Имя для программного использования	`C_v_vector`
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 значение управляющего сигнала на порту S равно 1, а площадь проходного сечения отверстия максимальна.

Зависимости

Единицы измерения	`l/(bars)` \| `gal/(minpsi)` \| `m^3/(Pa*s)`
Значение по умолчанию	`12 l/(bar*s)`
Имя для программного использования	`C_max`
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. В ламинарных потоках потери давления линейно зависят от массового расхода, а в турбулентных — квадратично.

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

# Opening orientation — направление смещения, открывающего отверстие
Positive control member displacement opens orifice | Negative control member displacement opens orifice

Details

Направление смещения элемента, открывающего регулируемое отверстие. Положительная ориентация означает, что увеличение сигнала на порту S открывает отверстие. Отрицательная ориентация означает, что уменьшение сигнала на порту S открывает отверстие.

Зависимости

Значения	`Positive control member displacement opens orifice` \| `Negative control member displacement opens orifice`
Значение по умолчанию	`Positive control member displacement opens orifice`
Имя для программного использования	`opening_orientation`
Вычисляемый	Нет

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

Details

Площадь портов A и B.

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 orifice area — площадь проходного сечения потока, соответствующая максимальной площади отверстия
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Максимальная площадь проходного сечения потока в полностью открытом состоянии.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Orifice type значение Variable, а для параметра Orifice parameterization значение Orifice area, а для параметра Opening characteristic значение Linear.

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_orifice_area`
Вычисляемый	Да

# Orifice area — площадь отверстия
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Площадь проходного сечения отверстия.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Orifice type значение Constant, а для параметра Orifice parameterization значение Orifice area.

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	`fixed_orifice_area`
Вычисляемый	Да

# Subsonic index — значение степени, используемой для расчета массового расхода в дозвуковом режиме течения

Details

Эмпирическая величина, используемая для более точного расчета массового расхода в дозвуковом режиме течения.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Orifice parameterization значение Sonic conductance.

Значение по умолчанию	`0.5`
Имя для программного использования	`m`
Вычисляемый	Да

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

Details

Значение коэффициента расхода , когда отверстие полностью открыто и площадь проходного сечения отверстия максимальна. Этот параметр определяет зависимость пропускной способности от перепада давления.

Зависимости

Значение по умолчанию	`4`
Имя для программного использования	`C_v_max`
Вычисляемый	Да

Details

Температура в стандартной эталонной атмосфере, определенная как 293.15 К, в стандарте ISO 8778.

Значения параметров эталона ISO нужно настраивать только в том случае, если используются значения акустической проводимости, полученные при отличных от эталонных значениях.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Orifice parameterization значение Sonic conductance.

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`293.15 K`
Имя для программного использования	`T_reference`
Вычисляемый	Да

# Sonic conductance vector — вектор значений акустической проводимости
l/(bar*s) | gal/(min*psi) | m^3/(Pa*s)

Details

Вектор акустических проводимостей. Каждая проводимость соответствует элементу параметра Control member position vector. Размерность вектора соответствует размерности Control member position vector.

Зависимости

Единицы измерения	`l/(bars)` \| `gal/(minpsi)` \| `m^3/(Pa*s)`
Значение по умолчанию	`[1.0e-5, 2.4, 4.8, 7.2, 9.6, 12.0] l/(bar*s)`
Имя для программного использования	`C_vector`
Вычисляемый	Да

# Orifice type — возможность изменения площади проходного сечения отверстия
Constant | Variable

Details

Определяет, может ли площадь проходного сечения отверстия изменяться во время моделирования:

Variable — входной сигнал на порту S определяет степень открытия.
Constant — площадь отверстия постоянна.

Значения	`Constant` \| `Variable`
Значение по умолчанию	`—`
Имя для программного использования	`type`
Вычисляемый	Нет

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

Details

Зависимости

Значение по умолчанию	`3.6`
Имя для программного использования	`K_v_max`
Вычисляемый	Да

# ISO reference density — эталонная плотность в соответствии с ISO 8778
kg/m^3 | g/m^3 | g/cm^3 | g/mm^3 | lbm/ft^3 | lbm/gal | lbm/in^3

Details

Плотность в стандартной эталонной атмосфере, определенная как 1.185 кг/м³ в стандарте ISO 8778.

Значения параметров эталона ISO нужно настраивать только в том случае, если используются значения акустической проводимости, полученные при отличных эталонных значениях.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Orifice parameterization значение Sonic conductance.

Единицы измерения	`kg/m^3` \| `g/m^3` \| `g/cm^3` \| `g/mm^3` \| `lbm/ft^3` \| `lbm/gal` \| `lbm/in^3`
Значение по умолчанию	`1.185 kg/m^3`
Имя для программного использования	`rho_reference`
Вычисляемый	Да

# Orifice area vector — вектор значений площади отверстия
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Вектор площадей проходного сечения отверстия. Размерность вектора соответствует вектору Control member position vector.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Orifice type значение Variable, для параметра Orifice parameterization значение Orifice area, а для параметра Opening characteristic значение Tabulated.

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-5, 4.0e-5, 6.0e-5, 8.0e-5, 0.0001] m^2`
Имя для программного использования	`orifice_area_vector`
Вычисляемый	Да

# Kv flow coefficient — коэффициент расхода

Details

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Orifice type значение Constant, а для параметра Orifice parameterization значение Kv flow coefficient.

Значение по умолчанию	`3.6`
Имя для программного использования	`K_v_fixed`
Вычисляемый	Да

# Smoothing factor — численный коэффициент сглаживания

Details

Коэффициент непрерывного сглаживания, который обеспечивает плавность открытия за счет поправки в характеристике отверстия в почти открытом и почти закрытом положениях. Установите для этого параметра ненулевое значение меньше единицы, чтобы повысить устойчивость моделирования в этих областях.

Зависимости

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

# Leakage flow fraction — соотношение расходов

Details

Отношение расхода через закрытое и через открытое отверстие.

Зависимости

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

Литература

ISO 6358-3. «Pneumatic fluid power — Determination of flow-rate characteristics of components using compressible fluids — Part 3: Method for calculating steady-state flow rate characteristics of systems». 2014.
IEC 60534-2-3. «Industrial-process control valves — Part 2–3: Flow capacity — Test procedures». 2015.
ANSI/ISA-75.01.01. «Industrial-Process Control Valves — Part 2–1: Flow capacity — Sizing equations for fluid flow underinstalled conditions». 2012.
P. Beater. Pneumatic Drives. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 2007.