Объект: PT01CV

Библиотека: PneumaticsThermo

Имя на уровне решателя: PT01CV

Аннотация: Обратный клапан

Обозначение:

Порты (степени свободы) компонента:

№	Обозначение порта	Тип	Наименование порта
1	Port1	PNEUMATIC	Термопневматический порт, вход в элемент
2	Port2	PNEUMATIC	Термопневматический порт, выход из элемента

Пользовательские параметры модели:

№	Параметр	Тип	Описание	Единица	Значение по умолч.
1	D	real	Гидравлический диаметр, м	m	0.01
2	Fluid		Имя объекта свойств среды, -
3	L	real	Длина элемента, м	m	0.1
4	MDT	real	Коэффициент расхода, -		0.72
5	P0	real	Начальное давление, Па	Pa	101325
6	POT	real	Перепад давления начала открытия, Па	Pa	101325
7	PPT	real	Перепад давления полного открытия, Па	Pa	202650
8	T0	real	Начальная температура, K	K	293.15
9	eps	real	Абсолютная шероховатость, м	m	0.000045

Расчетные и измеряемые величины:

№	Параметр	Описание	Единица
1	V_Pressure1	Давление на порте	Pa
2	V_SpecificEnthalpy1	Удельная энтальпия;	J/kg
3	V_Density1	Плотность рабочей среды;	kg/m**3
4	V_Temperature1	Температура рабочей среды на порте;	K
5	S_MassFlow1	Массовый расход на порте ;	kg/s
6	S_EnthalpyFlow1	Поток энтальпии на порте ;	W
7	V_Pressure2	Давление на порте	Pa
8	V_SpecificEnthalpy2	Удельная энтальпия;	J/kg
9	V_Density2	Плотность рабочей среды;	kg/m**3
10	V_Temperature2	Температура рабочей среды на порте;	K
11	S_MassFlow2	Массовый расход на порте ;	kg/s
12	S_EnthalpyFlow2	Поток энтальпии на порте ;	W

Пример использования компонента

Модель обратного клапана (PT01CV)

Элемент моделирует местное гидравлическое сопротивление в виде обратного клапана, который открывается при достижении определённого перепада давления и пропускает поток только в одном направлении. Учитывает гидравлический диаметр, перепад давления начала открытия, перепад давления полного открытия, коэффициент расхода, шероховатость и длину элемента. Используется для расчёта гидравлических потерь и массового расхода в трубопроводных системах с обратными клапанами.

Проверка работы обратного клапана при увеличении перепада давлений на портах с 0 до 200000 Па.

Начальные данные:

Параметры модели (PT01CV)

D = 0.01 - Гидравлический диаметр, м

POT = 50000 - Перепад давления начала открытия, Па

PPT = 100000 - Перепад давления полного открытия, Па

MDT = 0.72 - Коэффициент расхода

eps = 0 - Абсолютная шероховатость, м

L = 0.01 - Длина элемента, м

PO = 101300 - Начальное давление, Па

TO = 293.15 - Начальная температура, К

Fluid = DryAir - Имя объекта свойств среды (чистый воздух)

Параметры источника давления (PT2SPT1)

VL = 101300 Па - Нижний уровень давления

VH = 301300 Па - Верхний уровень давления (перепад до 200000 Па)

D = 0.1 - Начальная задержка, с

FT = 1.0 - Продолжительность переднего фронта, с

HT = 2 - Продолжительность вершины импульса, с

BT = 3.0 - Продолжительность заднего фронта, с

CT = 0.0 - Период

Параметры трубки (PT1STK1)

P = 101300 Па

T = 293.15 К

Датчики

PT01DS1: датчик плотности, Fluid = DryAir

PT01MF1: датчик массового расхода, D = 0.01, L = 0.1, k = 1, R = 1e-9, PO = 101300, TO = 293.15, Fluid = DryAir

Параметры интегрирования

end = 3.0 с, control = 1e-9

Схема тестирования:

Схема содержит источник давления PT2SPT1, который создаёт перепад давления от 0 до 200000 Па (VL = 101300 Па, VH = 301300 Па) по трапециевидному закону. Обратный клапан PT01CV установлен в трубопроводе. После клапана установлены датчик плотности PT01DS1, датчик массового расхода PT01MF1 и трубка PT1STK1. Измеряются массовый расход Qm и перепад давления dp. Клапан начинает открываться при перепаде давления dp = 50000 Па и полностью открывается при dp = 100000 Па. Коэффициент расхода MDT = 0.72.

Результат:

При увеличении перепада давления от 0 до 200000 Па обратный клапан открывается. На графике Dp показано, что перепад давления линейно возрастает от 0 до 200000 Па за 1 секунду, после чего остаётся постоянным. На графике MassFlow показано, что массовый расход Qm начинает расти после достижения перепадом давления значения 50000 Па (примерно на 0.3 с), а при достижении 100000 Па (примерно на 0.5 с) клапан полностью открывается, и расход достигает установившегося значения примерно 0.039 кг/с. Далее расход остаётся постоянным. Это подтверждает корректность работы модели обратного клапана.

Формула для массового расхода через клапан:

\[\begin{split}\begin{aligned} Q_m &= \rho \cdot v \cdot S \\ \Delta P &= \frac{\rho \cdot v^2}{2} \cdot \zeta(\Delta P) \end{aligned}\end{split}\]

где: \(Q_m\) — массовый расход, \(\rho\) — плотность, \(v\) — скорость потока, \(S\) — площадь сечения, \(\Delta P\) — перепад давления, \(\zeta\) — коэффициент сопротивления, зависящий от степени открытия клапана.

Схема теста

Рисунок 1 - Схема теста

Графики результатов теста

Рисунок 2 - Перепад давления Dp

Рисунок 3 - Массовый расход Qm