一种密封实验室开放式吹风模拟系统气流设计方法

摘要

本发明公开了一种密封实验室开放式吹风模拟系统气流设计方法，包括步骤：一、模拟密封实验室开放式吹风模拟系统并生成计算网格；二、设置边界条件；三、构建开放式吹风模拟系统的数值模型；四、15℃条件下密封实验室开放式吹风模拟系统气流计算结果及风速云图显示；五、‑25℃条件下密封实验室开放式吹风模拟系统气流计算结果及风速云图显示；六、获取开放式风洞出口前4m处的空间流场的要求风速下风机压增。本发明对15℃和‑25℃条件下密封实验室开放式吹风模拟系统气流计算结果及风速云图显示，给出两种温度场状态下距出口4m处的流场分布图，获取风速达55m/s时，风机的最大压增值，可为气流分析验证和优化提供理论支持。

说明书

技术领域

本发明属于开放式吹风模拟系统气流设计技术领域，具体涉及一种密封实验室开放式吹风模拟系统气流设计方法。

背景技术

为了在气候实验室模拟飞机起飞、着陆遭遇强雨雪及浓雾等恶劣天气，现有建立一种密封实验室开放式吹风模拟系统，当风机运行时，整个实验室中会产生较强的空气流动，并且在整个实验室中形成巨大的漩涡流动，空气的不规则流动会对风机的进气口的进气及喷口喷射气流产生不利影响，从而影响整个试验段气流品质，现如今缺少一种密封实验室开放式吹风模拟系统气流设计方法，以实现开放式流场试验段气流品质满足设计要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种密封实验室开放式吹风模拟系统气流设计方法，通过对密封实验室开放式吹风模拟系统进行三维模型并网格划分便于后期数值分析计算，设置边界条件并构建开放式吹风模拟系统的数值模型，对15℃和-25℃条件下密封实验室开放式吹风模拟系统气流计算结果及风速云图显示，给出两种温度场状态下风流入口、出口以及距出口4m处的流场分布图，获取要求距出口4m处风速达55m/s时，风机的最大压增值，可为该吹风模拟系统气流分析验证和优化提供理论支持，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种密封实验室开放式吹风模拟系统气流设计方法，所述开放式吹风模拟系统包括开放式风洞以及位于开放式风洞入口前4m处和出口前4m处的空间流场，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、模拟密封实验室开放式吹风模拟系统并生成计算网格：利用CATIA软件建立密封实验室开放式吹风模拟系统的三维模型，并采用混合网格形式对密封实验室开放式吹风模拟系统进行网格划分，所述密封实验室长度方向和开放式风洞长度方向为x轴方向，所述密封实验室高度方向和开放式风洞高度方向为z轴方向，y轴方向垂直于x轴和z轴，对开放式风洞采用第一网格划分，对开放式风洞入口前4m处和出口前4m处的空间流场采用第二网格划分，对实验室内其余空间流场采用第三网格划分，所有壁面为边界层，对边界层由开放式风洞向密封实验室扩散方向采用增长型网格划分；

第一网格为结构网格，第二网格划和第三网格划均为四面体网格，增长型网格为棱柱式网格；

步骤二、设置边界条件：把三维模型导入FLUENT软件中，并输入边界条件，所述边界条件包括气体温度、气体气压、气体密度和气体动粘性系数，所有壁面均为绝热无滑移壁面，松弛因子为常数；

步骤三、构建开放式吹风模拟系统的数值模型：在FLUENT软件中构建开放式吹风模拟系统的数值模型

步骤四、15℃条件下密封实验室开放式吹风模拟系统气流计算结果及风速云图显示：利用FLUENT软件进行多次数值计算，每次FLUENT软件中输入气体温度15℃、距风洞出风口4米处试验区风速均匀性阈值、风机转速、风机压增的方向和风机压增值进行数值计算，每次数值计算中输入的风机压增值不同，获取开放式风洞出口前4m处的空间流场的风速55m/s时，开放式风洞距入风口及出风口4m处的压力场及风速云图，并确定当前条件下的风机压增F1；

步骤五、-25℃条件下密封实验室开放式吹风模拟系统气流计算结果及风速云图显示：利用FLUENT软件进行多次数值计算，每次FLUENT软件中输入气体温度-25℃、距风洞出风口4米处试验区风速均匀性阈值、风机转速、风机压增的方向和风机压增值进行数值计算，每次数值计算中输入的风机压增值不同，获取开放式风洞出口前4m处的空间流场的风速55m/s时，开放式风洞距入风口及出风口4m处的压力场及风速云图，并确定当前条件下的风机压增F2；

步骤六、获取开放式风洞出口前4m处的空间流场的要求风速下风机压增：

根据公式F=max（F1，F2），获取开放式风洞出口前4m处的空间流场的要求风速下风机压增F，其中，max（·）为最大值函数。

上述的一种密封实验室开放式吹风模拟系统气流设计方法，其特征在于：步骤一中，对开放式风洞采用尺寸为40mm的第一网格划分，对开放式风洞入口前4m处和出口前4m处的空间流场采用尺寸为50mm的第二网格划分，对实验室内其余空间流场采用尺寸为500mm的第三网格划分，所有壁面为边界层，对边界层由开放式风洞向密封实验室扩散方向采用增长型网格划分，增长型网格最内层网格高度为0.01mm，边界层的增长型网格高度增长率为1.25。

上述的一种密封实验室开放式吹风模拟系统气流设计方法，其特征在于：所述气体气压为101325Pa。

上述的一种密封实验室开放式吹风模拟系统气流设计方法，其特征在于：所述距风洞出风口4米处试验区风速均匀性阈值为±4%。

本发明的有益效果是，通过对密封实验室开放式吹风模拟系统进行三维模型并网格划分便于后期数值分析计算，设置边界条件并构建开放式吹风模拟系统的数值模型，对15℃和-25℃条件下密封实验室开放式吹风模拟系统气流计算结果及风速云图显示，给出两种温度场状态下风流入口、出口以及距出口4m处的流场分布图，获取要求距出口4m处风速达55m/s时，风机的最大压增值，可为该吹风模拟系统气流分析验证和优化提供理论支持，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的方法流程框图。

图2为本发明实验室15℃环境下开放式风洞入口前4m处截面压力分布云图的灰度图。

图3为本发明实验室15℃环境下开放式风洞入口前4m处截面X方向风速分布云图的灰度图。

图4为本发明实验室15℃环境下开放式风洞入口前4m处截面Y方向和Z方向风速分布云图的灰度图。

图5为本发明实验室15℃环境下开放式风洞出口前4m处截面压力分布云图的灰度图。

图6为本发明实验室15℃环境下开放式风洞出口前4m处截面X方向风速分布云图的灰度图。

图7为本发明实验室15℃环境下开放式风洞出口前4m处截面Y方向和Z方向风速分布云图的灰度图。

图8为本发明实验室-25℃环境下开放式风洞入口前4m处截面压力分布云图的灰度图。

图9为本发明实验室-25℃环境下开放式风洞入口前4m处截面X方向风速分布云图的灰度图。

图10为本发明实验室-25℃环境下开放式风洞入口前4m处截面Y方向和Z方向风速分布云图的灰度图。

图11为本发明实验室-25℃环境下开放式风洞出口前4m处截面压力分布云图的灰度图。

图12为本发明实验室-25℃环境下开放式风洞出口前4m处截面X方向风速分布云图的灰度图。

图13为本发明实验室-25℃环境下开放式风洞出口前4m处截面Y方向和Z方向风速分布云图的灰度图。

具体实施方式

如图1至图13所示，本发明的一种密封实验室开放式吹风模拟系统气流设计方法，所述开放式吹风模拟系统包括开放式风洞以及位于开放式风洞入口前4m处和出口前4m处的空间流场，该方法包括以下步骤：

步骤一、模拟密封实验室开放式吹风模拟系统并生成计算网格：利用CATIA软件建立密封实验室开放式吹风模拟系统的三维模型，并采用混合网格形式对密封实验室开放式吹风模拟系统进行网格划分，所述密封实验室长度方向和开放式风洞长度方向为x轴方向，所述密封实验室高度方向和开放式风洞高度方向为z轴方向，y轴方向垂直于x轴和z轴，对开放式风洞采用第一网格划分，对开放式风洞入口前4m处和出口前4m处的空间流场采用第二网格划分，对实验室内其余空间流场采用第三网格划分，所有壁面为边界层，对边界层由开放式风洞向密封实验室扩散方向采用增长型网格划分；

第一网格为结构网格，第二网格划和第三网格划均为四面体网格，增长型网格为棱柱式网格；

步骤二、设置边界条件：把三维模型导入FLUENT软件中，并输入边界条件，所述边界条件包括气体温度、气体气压、气体密度和气体动粘性系数，所有壁面均为绝热无滑移壁面，松弛因子为常数；

步骤三、构建开放式吹风模拟系统的数值模型：在FLUENT软件中构建开放式吹风模拟系统的数值模型

步骤四、15℃条件下密封实验室开放式吹风模拟系统气流计算结果及风速云图显示：利用FLUENT软件进行多次数值计算，每次FLUENT软件中输入气体温度15℃、距风洞出风口4米处试验区风速均匀性阈值、风机转速、风机压增的方向和风机压增值进行数值计算，每次数值计算中输入的风机压增值不同，获取开放式风洞出口前4m处的空间流场的风速55m/s时，开放式风洞距入风口及出风口4m处的压力场及风速云图，并确定当前条件下的风机压增F1；

步骤五、-25℃条件下密封实验室开放式吹风模拟系统气流计算结果及风速云图显示：利用FLUENT软件进行多次数值计算，每次FLUENT软件中输入气体温度-25℃、距风洞出风口4米处试验区风速均匀性阈值、风机转速、风机压增的方向和风机压增值进行数值计算，每次数值计算中输入的风机压增值不同，获取开放式风洞出口前4m处的空间流场的风速55m/s时，开放式风洞距入风口及出风口4m处的压力场及风速云图，并确定当前条件下的风机压增F2；

实际操作中，生成云图数据可显示风洞入口和出口周围空气压力值，设置气体气压差值阈值为±50Pa,用于验证该风洞对密闭实验室的压力场的影响,为风洞在密闭空间可靠运行提供理论支撑。

步骤六、获取开放式风洞出口前4m处的空间流场的要求风速下风机压增：

根据公式F=max（F1，F2），获取开放式风洞出口前4m处的空间流场的要求风速下风机压增F，其中，max（·）为最大值函数。

本实施例中，步骤一中，对开放式风洞采用尺寸为40mm的第一网格划分，对开放式风洞入口前4m处和出口前4m处的空间流场采用尺寸为50mm的第二网格划分，对实验室内其余空间流场采用尺寸为500mm的第三网格划分，所有壁面为边界层，对边界层由开放式风洞向密封实验室扩散方向采用增长型网格划分，增长型网格最内层网格高度为0.01mm，边界层的增长型网格高度增长率为1.25。

本实施例中，所述气体气压为101325Pa。

本实施例中，所述距风洞出风口4米处试验区风速均匀性阈值为±4%。

本发明使用时，通过对密封实验室开放式吹风模拟系统进行三维模型并网格划分便于后期数值分析计算，设置边界条件并构建开放式吹风模拟系统的数值模型，对15℃和-25℃条件下密封实验室开放式吹风模拟系统气流计算结果及风速云图显示，给出两种温度场状态下风流入口、出口以及距出口4m处的流场分布图，获取要求距出口4m处风速达55m/s时，风机的最大压增值，可为该吹风模拟系统气流分析验证和优化提供理论支持，同时给出了风洞入口和出口周围空气压力值与气体气压的差值,用于验证该吹风模拟系统高速运行对密闭实验室的压力场的影响,为吹风模拟系统在密闭空间可靠运行提供理论支撑。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。