一种确定任意管型多孔板流阻的方法
【专利摘要】本发明提出一种确定任意管型多孔板流阻的方法。通过仿真实验数值拟合的方法来实现，借助流场仿真软件计算一系列不同开孔率管型对应的压力损失。为了确定压力损失与流阻的关系，建立相应管型小孔的多孔介质模型，通过该模型一方面可建立压力损失与流阻的关系，另一方面可解决小开孔率多孔板的计算资源问题。以压力损失为纽带建立一定管型多孔板的开孔率与流阻的关系。该方法扩展了管型设计的自由度，为设计一定管型多孔板小孔的排布设计提供了设计依据，在管道设计的工程应用上有广阔的应用前景。
【专利说明】一种确定任意管型多孔板流阻的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于流体的管道传输、流体渗流等【技术领域】，涉及一种任意管型的多孔板流阻确定方法。
【背景技术】
[0002]在流体的管道传输、流体渗流等【技术领域】，常常使用带有小孔的多孔板，以及一些过滤网等设备，这些设备的特点是表面及内部都有很密且直径很小的孔，其在设计和使用时需要确定流阻。不同的结构形式和开孔形式对应不同的流阻。目前对于平面形式的多孔板常常采用经验公式:c= (1.5-β)2/β2(νπ),其中C为流阻，β为开孔率。而对于其它形式的多孔板一直没有可借鉴的公式，长期以来都是根据实验测量来获取，设计多孔板常常先做一定量的实验，造成设计成本的增加。而该多孔板流阻确定方法能很好地解决这一问题。
【发明内容】
[0003]本发明技术解决问题:针对以上管路多孔板设计存在的问题，提出一种确定任意管型多孔板流阻的方法，该方法能够解决上述问题，避免高成本的实验测试，使多孔板的设计更加高效。
[0004]为了实现本发明的目的，本发明解决了泄流管道流阻参数的确定问题，能够确定不同管型多孔板的开孔率与流阻的对应关系。以往多孔板流阻的确定是通过经验公式来确定，但经验公式仅仅限于平面多孔板，而本发明提出的多孔板流阻确定方法适用于任何管型的多孔板。该方法通过仿真实验数值拟合的方法来实现，借助流场仿真软件计算一系列不同开孔率管型对应的压力损失。为了确定压力损失与流阻的关系，建立相应管型小孔的多孔介质模型，通过该模型一方面可建立压力损失与流阻的关系，另一方面可解决小开孔率多孔板的计算资源问题。以压力损失为纽带建立一定管型多孔板的开孔率与流阻的关系。该方法扩展了管型设计的自由度，为设计一定管型多孔板小孔的排布设计提供了设计依据，在管道设计的工程应用上有广阔的应用前景。
[0005]本发明技术解决方案包括:通过流体仿真软件计算多孔板不同开孔率时的压力损失；建立相应的多孔介质模型并计算不同流阻对应的压力损失，通过数值拟合的方法确定任意管型多孔板的流阻与压力损失的函数关系；以计算的压力损失为中间值，通过数值拟合的方法确定流阻与开孔率的函数关系。
[0006](I)根据实际的任意管型，通过仿真软件计算常见流体(空气，水等)在流经任意管型不同开孔率的多孔板时的压力损失；所述开孔率是指任意管型多孔板表面上所有小孔的面积和与多孔板表面面积之比；所述不同开孔率值应选择在靠近实际开孔率附近；
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[0007](2)在仿真软件中建立相应管型多孔板的小孔介质模型νΡ = -ΣΑ:7ρν」νΙ
j=i Vz J
(I )，其中Vp为多孔介质模型的等效压力损失，Cj为多孔板的流阻，P为流经多孔板流体的密度，V为流体流经多孔板的速度，j为直角坐标三维空间的三个方向，通过该模型在仿真软件中计算一系列流阻和压力损失的离散值，任意管型多孔板的流阻与对应计算的压力损失符合函数c = axb+t( II )关系，其中C为多孔板流阻，X为压力损失，a，b和t为待定参数；由给定的流阻和计算的压力损失值，通过数值拟合的方法确定a，b和t值；
[0008]所述相应管型多孔板的小孔直径为d，小孔个数为n，多孔板表面积为S，则(η 31 d2/4) /S〈0.5 (III)；
[0009]所述数值拟合方法为最小二乘方法，即Σ (C-Cf)2 =Hiin(IV),其中Cf为仿真软件中给定的多孔板流阻值，min为最小值；
[0010](3)将步骤(I)中流经任意管型不同开孔率的多孔板时的压力损失值代入步骤
(2)拟合的公式(II )中，计算压力损失对应的流阻值，其中公式(II )中的X为压力损失值，C为压力损失对应的流阻值；任意管型多孔板的流阻和开孔率满足函数C = fyk+r( V )关系，其中C为多孔板流阻，y为多孔板开孔率，f，k和r为待定参数；由计算的流阻值和相应的步骤(I)中实际的任意管型不同的开孔率，通过数值拟合的方法确定f，k和r值；
[0011]所述通过拟合方法确定函数C = fyk+r( V )中f，k和r的值中，所采用的拟合方法为最小二乘方法，即Σ (C-Cf)2 = min( VI )，其中Cf为由拟合公式C = axb+t ( II )计算的流阻值，min为最小值。
[0012]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0013](I)确定任意管型多孔板流阻的方法通过数值仿真拟合的方法来实现，避免了繁琐的实验测试，大大提高了设计的效率。
[0014](2)现有经验公式仅仅局限于平面多孔板；而本发明确定任意管型多孔板流阻的方法适用于任何管型多孔板的设计，适应性广泛。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明提出的确定任意管型多孔板流阻的流程图；
[0016]图2为Fluent软件中建立的圆柱多孔板实际模型；其中a为圆柱多孔板斜视图，b为圆柱多孔板剖视图；
[0017]图3为Fluent软件中建立的圆柱多孔板的等效多孔介质模型；其中a为等效的多孔介质模型斜视图，b为等效的多孔介质模型剖视图。
【具体实施方式】
[0018]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0019]本发明确定任意管型多孔板流阻的方法，通过数值仿真拟合的方法避免了繁琐的实验测试，大大提高了设计的效率。其具体的实施过程如图1所示，具体步骤如下:
[0020]第一步:根据具体工程要求建立一定管型多孔板的流体模型，该模型针对Fluent、CFX等商业流体分析软件，该模型中的小孔直径为可变量。
[0021]第二步:以圆柱多孔板为例进行说明，图2中a图为在Fluent软件中建立的圆柱多孔板实际模型，通过Fluent软件中基本的设置操作(如根据实际要求设置入口段，入口端流速，出口端及出口端压力等参数)，仿真计算圆柱多孔板流体流速方向前后面SI和S2的平均压力，如图2中b图所示。由软件计算并给出SI面与S2面的平均压力差。SI面与圆柱多孔板内表面的距离dl设置为(0.4~1)D，S2与圆柱多孔板外表面的距离d2设置在(0.4~I)D，其中D为多孔板的厚度。
[0022]第三步:改变圆柱多孔板的开孔率y (改变小孔的直径或小孔的个数，圆柱多孔板上的小孔，设小孔直径为d，小孔个数为n，多孔板表面积为S，则开孔率y= (n3id2/4)/S〈0.5)，建立几组不同开孔率模型，重复第二步操作步骤计算SI面和S2面的平均压力差。
[0023]第四步:建立与步骤二相对应的圆柱多孔板等效多孔介质模型，建立的多孔介质
模型的数学表达式为:
【权利要求】
1.一种确定任意管型多孔板流阻的方法，其特征在于包括以下步骤: (1)根据实际的任意管型，通过仿真软件计算常见流体在流经任意管型不同开孔率的多孔板时的压力损失；所述开孔率是指任意管型多孔板表面上所有小孔的面积和与多孔板表面面积之比；所述不同开孔率值应选择在靠近实际开孔率附近； (2)在仿真软件中建立相应管型多孔板的小孔介质模型
【文档编号】G06F17/50GK103984823SQ201410209080
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】史建亮, 王继红, 彭起, 孙小响, 任戈 申请人:中国科学院光电技术研究所