一種確定任意管型多孔板流阻的方法
2023-10-07 15:40:44
一種確定任意管型多孔板流阻的方法
【專利摘要】本發明提出一種確定任意管型多孔板流阻的方法。通過仿真實驗數值擬合的方法來實現，藉助流場仿真軟體計算一系列不同開孔率管型對應的壓力損失。為了確定壓力損失與流阻的關係，建立相應管型小孔的多孔介質模型，通過該模型一方面可建立壓力損失與流阻的關係，另一方面可解決小開孔率多孔板的計算資源問題。以壓力損失為紐帶建立一定管型多孔板的開孔率與流阻的關係。該方法擴展了管型設計的自由度，為設計一定管型多孔板小孔的排布設計提供了設計依據，在管道設計的工程應用上有廣闊的應用前景。
【專利說明】一種確定任意管型多孔板流阻的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於流體的管道傳輸、流體滲流等【技術領域】，涉及一種任意管型的多孔板流阻確定方法。
【背景技術】
[0002]在流體的管道傳輸、流體滲流等【技術領域】，常常使用帶有小孔的多孔板，以及一些過濾網等設備，這些設備的特點是表面及內部都有很密且直徑很小的孔，其在設計和使用時需要確定流阻。不同的結構形式和開孔形式對應不同的流阻。目前對於平面形式的多孔板常常採用經驗公式:c= (1.5-β)2/β2(νπ),其中C為流阻，β為開孔率。而對於其它形式的多孔板一直沒有可借鑑的公式，長期以來都是根據實驗測量來獲取，設計多孔板常常先做一定量的實驗，造成設計成本的增加。而該多孔板流阻確定方法能很好地解決這一問題。
【發明內容】
[0003]本發明技術解決問題:針對以上管路多孔板設計存在的問題，提出一種確定任意管型多孔板流阻的方法，該方法能夠解決上述問題，避免高成本的實驗測試，使多孔板的設計更加高效。
[0004]為了實現本發明的目的，本發明解決了洩流管道流阻參數的確定問題，能夠確定不同管型多孔板的開孔率與流阻的對應關係。以往多孔板流阻的確定是通過經驗公式來確定，但經驗公式僅僅限於平面多孔板，而本發明提出的多孔板流阻確定方法適用於任何管型的多孔板。該方法通過仿真實驗數值擬合的方法來實現，藉助流場仿真軟體計算一系列不同開孔率管型對應的壓力損失。為了確定壓力損失與流阻的關係，建立相應管型小孔的多孔介質模型，通過該模型一方面可建立壓力損失與流阻的關係，另一方面可解決小開孔率多孔板的計算資源問題。以壓力損失為紐帶建立一定管型多孔板的開孔率與流阻的關係。該方法擴展了管型設計的自由度，為設計一定管型多孔板小孔的排布設計提供了設計依據，在管道設計的工程應用上有廣闊的應用前景。
[0005]本發明技術解決方案包括:通過流體仿真軟體計算多孔板不同開孔率時的壓力損失；建立相應的多孔介質模型並計算不同流阻對應的壓力損失，通過數值擬合的方法確定任意管型多孔板的流阻與壓力損失的函數關係；以計算的壓力損失為中間值，通過數值擬合的方法確定流阻與開孔率的函數關係。
[0006](I)根據實際的任意管型，通過仿真軟體計算常見流體(空氣，水等)在流經任意管型不同開孔率的多孔板時的壓力損失；所述開孔率是指任意管型多孔板表面上所有小孔的面積和與多孔板表面面積之比；所述不同開孔率值應選擇在靠近實際開孔率附近；
3 fl\
[0007](2)在仿真軟體中建立相應管型多孔板的小孔介質模型νΡ = -ΣΑ:7ρν」νΙ
j=i Vz J
(I )，其中Vp為多孔介質模型的等效壓力損失，Cj為多孔板的流阻，P為流經多孔板流體的密度，V為流體流經多孔板的速度，j為直角坐標三維空間的三個方向，通過該模型在仿真軟體中計算一系列流阻和壓力損失的離散值，任意管型多孔板的流阻與對應計算的壓力損失符合函數c = axb+t( II )關係，其中C為多孔板流阻，X為壓力損失，a，b和t為待定參數；由給定的流阻和計算的壓力損失值，通過數值擬合的方法確定a，b和t值；
[0008]所述相應管型多孔板的小孔直徑為d，小孔個數為n，多孔板表面積為S，則(η 31 d2/4) /S〈0.5 (III)；
[0009]所述數值擬合方法為最小二乘方法，即Σ (C-Cf)2 =Hiin(IV),其中Cf為仿真軟體中給定的多孔板流阻值，min為最小值；
[0010](3)將步驟(I)中流經任意管型不同開孔率的多孔板時的壓力損失值代入步驟
(2)擬合的公式(II )中，計算壓力損失對應的流阻值，其中公式(II )中的X為壓力損失值，C為壓力損失對應的流阻值；任意管型多孔板的流阻和開孔率滿足函數C = fyk+r( V )關係，其中C為多孔板流阻，y為多孔板開孔率，f，k和r為待定參數；由計算的流阻值和相應的步驟(I)中實際的任意管型不同的開孔率，通過數值擬合的方法確定f，k和r值；
[0011]所述通過擬合方法確定函數C = fyk+r( V )中f，k和r的值中，所採用的擬合方法為最小二乘方法，即Σ (C-Cf)2 = min( VI )，其中Cf為由擬合公式C = axb+t ( II )計算的流阻值，min為最小值。
[0012]本發明與現有技術相比具有如下優點:
[0013](I)確定任意管型多孔板流阻的方法通過數值仿真擬合的方法來實現，避免了繁瑣的實驗測試，大大提高了設計的效率。
[0014](2)現有經驗公式僅僅局限於平面多孔板；而本發明確定任意管型多孔板流阻的方法適用於任何管型多孔板的設計，適應性廣泛。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明提出的確定任意管型多孔板流阻的流程圖；
[0016]圖2為Fluent軟體中建立的圓柱多孔板實際模型；其中a為圓柱多孔板斜視圖，b為圓柱多孔板剖視圖；
[0017]圖3為Fluent軟體中建立的圓柱多孔板的等效多孔介質模型；其中a為等效的多孔介質模型斜視圖，b為等效的多孔介質模型剖視圖。
【具體實施方式】
[0018]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0019]本發明確定任意管型多孔板流阻的方法，通過數值仿真擬合的方法避免了繁瑣的實驗測試，大大提高了設計的效率。其具體的實施過程如圖1所示，具體步驟如下:
[0020]第一步:根據具體工程要求建立一定管型多孔板的流體模型，該模型針對Fluent、CFX等商業流體分析軟體，該模型中的小孔直徑為可變量。
[0021]第二步:以圓柱多孔板為例進行說明，圖2中a圖為在Fluent軟體中建立的圓柱多孔板實際模型，通過Fluent軟體中基本的設置操作(如根據實際要求設置入口段，入口端流速，出口端及出口端壓力等參數)，仿真計算圓柱多孔板流體流速方向前後面SI和S2的平均壓力，如圖2中b圖所示。由軟體計算並給出SI面與S2面的平均壓力差。SI面與圓柱多孔板內表面的距離dl設置為(0.4~1)D，S2與圓柱多孔板外表面的距離d2設置在(0.4~I)D，其中D為多孔板的厚度。
[0022]第三步:改變圓柱多孔板的開孔率y (改變小孔的直徑或小孔的個數，圓柱多孔板上的小孔，設小孔直徑為d，小孔個數為n，多孔板表面積為S，則開孔率y= (n3id2/4)/S〈0.5)，建立幾組不同開孔率模型，重複第二步操作步驟計算SI面和S2面的平均壓力差。
[0023]第四步:建立與步驟二相對應的圓柱多孔板等效多孔介質模型，建立的多孔介質
模型的數學表達式為:
【權利要求】
1.一種確定任意管型多孔板流阻的方法，其特徵在於包括以下步驟: (1)根據實際的任意管型，通過仿真軟體計算常見流體在流經任意管型不同開孔率的多孔板時的壓力損失；所述開孔率是指任意管型多孔板表面上所有小孔的面積和與多孔板表面面積之比；所述不同開孔率值應選擇在靠近實際開孔率附近； (2)在仿真軟體中建立相應管型多孔板的小孔介質模型
【文檔編號】G06F17/50GK103984823SQ201410209080
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月16日 優先權日:2014年5月16日
【發明者】史建亮, 王繼紅, 彭起, 孫小響, 任戈 申請人:中國科學院光電技術研究所