Объект: PT01RV

Библиотека: PneumaticsThermo

Имя на уровне решателя: PT01RV

Аннотация: Предохранительный 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	Flag	string	Давление на входе; перепад давления [Pressure_inlet, Pressure_drop], -		Pressure_inlet
3	Fluid		Имя объекта свойств среды, -
4	L	real	Длина элемента, м	m	0.1
5	MDT	real	Коэффициент расхода, -		0.72
6	P0	real	Начальное давление, Па	Pa	101325
7	POT	real	Давление начала открытия, Па	Pa	101325
8	PPT	real	Давление полного открытия, Па	Pa	202650
9	T0	real	Начальная температура, K	K	293.15
10	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 предохранительного клапана (PT01RV)

Элемент моделирует местное гидравлическое сопротивление в виде предохранительного клапана, который открывается при достижении заданного давления на входе и пропускает поток. Учитывает гидравлический диаметр, давление начала открытия, давление полного открытия, коэффициент расхода, шероховатость и длину элемента. Используется для расчёта гидравлических потерь и массового расхода в трубопроводных системах с предохранительной арматурой.

Проверка работы предохранительного клапана при увеличении давления на магистрали входного порта c 101300 Па до 301300 Па при постоянном давлении 101300 Па на выходном порту.

Начальные данные:

Параметры модели (PT01RV)

Flag = Pressure_inlet - Режим: давление на входе

D = 0.01 - Гидравлический диаметр, м

POT = 151300 - Давление начала открытия, Па

PPT = 201300 - Давление полного открытия, Па

MDT = 0.72 - Коэффициент расхода

eps = 0 - Абсолютная шероховатость, м

L = 0.01 - Длина элемента, м

PO = 101300 - Начальное давление, Па

T0 = 293.15 - Начальная температура, К

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

Параметры источника давления (TrapeziumSource)

VL = 101300 Па - Нижний уровень давления

VH = 301300 Па - Верхний уровень давления

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 граничных условий

P = 101300 Па

T = 293.15 К

Датчики

PT01MF1: датчик массового расхода, D = 0.01, L = 0.1, k = 1, R = 1e-9, P0 = 101300, T0 = 293.15, Fluid = DryAir

Датчик давления P_inlet (PT01RV.P_inlet)

Параметры интегрирования

end = 3 с, control = 1e-9

Схема тестирования:

Схема содержит источник давления TrapeziumSource, который создаёт давление на входе клапана, изменяющееся от 101300 Па до 301300 Па (VL = 101300 Па, VH = 301300 Па) по трапециевидному закону с передним фронтом 1 с. Предохранительный клапан PT01RV установлен в трубопроводе. На выходе клапана поддерживается постоянное давление 101300 Па. Давление на входе измеряется датчиком P_inlet, массовый расход через клапан — датчиком PT01MF1 (Qm). Клапан начинает открываться при давлении входной магистрали P_inlet = 151300 Па и полностью открывается при P_inlet = 201300 Па.

Результат:

Клапан начинает открываться при давлении входной магистрали P_inlet = 151300 Па и полностью открывается при P_inlet = 201300 Па. На графике Pressure показано линейное возрастание давления на входе от 101300 до 301300 Па за 1 секунду, после чего давление стабилизируется. На графике MassFlow показано изменение массового расхода: при достижении давления начала открытия (151300 Па) расход начинает расти, а при давлении полного открытия (201300 Па) выходит на постоянное значение примерно 0.0385 кг/с. Это подтверждает корректность работы модели предохранительного клапана.

Формула для коэффициента гидравлического сопротивления:

\[\begin{split}\begin{aligned} \zeta &= f\left(\mathrm{MDT},\; \frac{L}{D},\; \mathrm{Re},\; \varepsilon\right) \\ \Delta P &= \zeta \cdot \frac{\rho \cdot v^2}{2} \\ Q_m &= \rho \cdot v \cdot S \end{aligned}\end{split}\]

где: \(\zeta\) — коэффициент местного сопротивления, \(\mathrm{MDT}\) — коэффициент расхода, \(\Delta P\) — перепад давления, \(\rho\) — плотность, \(v\) — скорость потока, \(S\) — площадь сечения.

Схема теста

Рисунок 1 - Схема теста

Графики результатов теста

Рисунок 2 - Массовый расход Qm

Рисунок 3 - Давление P_inlet