CN110765707B - 一种基于cfd数值模拟的流体设备阻力优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于CFD数值模拟的流体设备阻力优化算法，包括如下步骤：建立流体设备单元库；建立流体设备单元库中各种流体设备单元的CFD模型，根据各流体设备单元的CFD模型分别得到其流量和阻力之间的对应关系；获取组成待测流体设备的流体设备单元，以及各流体设备单元的数量和连接顺序；根据流量以及各流体设备单元流量和阻力之间的对应关系计算出各流体设备单元的阻力；根据待测流体设备中各流体设备单元连接顺序将其阻力叠加，得到待测流体设备的阻力。本发明所提供的技术方案只需要得到其中各流体单元的数量和连接方式即可计算出其阻力，从而解决现有技术中在计算流体设备阻力时工作效率低的问题。

Description

一种基于CFD数值模拟的流体设备阻力优化方法

技术领域

本发明属于流体设备阻力计算基数领域，具体涉及一种基于CFD数值模拟的流体设备阻力优化方法。

背景技术

目前流体系统大都是由管道、阀门以及主设备组合而成，流体系统中工质流动的动力通常来自于泵或压缩机，并且与其他部件产生的流动阻力匹配。因此在流体设备设计阶段，为了动力设备选型的可靠性，需要对流体设备的阻力进行预估。

CFD是计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)的简称，是流体力学和计算机科学相互融合的一门新兴交叉学科，它从计算方法出发，利用计算机快速的计算能力得到流体控制方程的近似解。CFD兴起于20世纪60年代，随着90年代后计算机的迅猛发展，CFD得到了飞速发展，逐渐与实验流体力学一起成为产品开发中的重要手段。

采用CFD软件计算流体设备阻力的方法是建立流体设备的CFD模型，然后结合流量和流体设备的CFD模型计算流体设备的阻力。因此这种计算流体阻力的方法，每次流体设备的结构发生变化时都需要建立新的流体设备CFD模型，需要大量的时间成本，工作效率降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于CFD数值模拟的流体设备阻力优化方法，以解决现有技术中在计算流体设备阻力时工作效率低的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于CFD数值模拟的流体设备阻力优化方法，包括如下步骤：

(1)建立流体设备单元库；

所述流体设备单元库中存储有多种用于组成流体设备的流体设备单元；

(2)建立流体设备单元库中各种流体设备单元的CFD模型，根据各流体设备单元的CFD模型分别得到其流量和阻力之间的对应关系；

(3)获取组成待测流体设备的流体设备单元，以及各流体设备单元的数量和连接顺序；

(4)根据流量以及各流体设备单元流量和阻力之间的对应关系计算出各流体设备单元的阻力；

(5)根据待测流体设备中各流体设备单元连接顺序将其阻力叠加，得到待测流体设备的阻力。

进一步的，建立流体设备单元的CFD模型的方法包括如下步骤：

建立流体设备单元的几何模型；

对各流体设备单元的几何模型进行网格划分；

将网格划分后的流体设备单元的几何模型导入CFD软件中，得到流体设备单元的CFD模型。

进一步的，根据流体设备单元的CFD模型得到流体设备单元流量和阻力之间对于关系的方法为：从流体设备单元的CFD模型中选取设定数量的流量值和与各流量值对应的阻力值；将各流量值和阻力值拟合，得到流体设备单元流量和阻力之间的关系。

进一步的，将流体单元各流量值和阻力值拟合时，所采用的拟合公式为：

F/L＝a₀+a₁(Q/s)+a₂(Q/s)²

其中F为阻力值，L为流体设备单元进口与出口之间的距离，Q为流量体积，s为流体设备单元的等效流通面积，a₀为常数，a₁和a₂分别为拟合系数。

进一步的，所述流体设备单元包括直管、U型管、T型管、L型管、转接管和阀门中的多种。

本发明的有益效果：本发明所提供的技术方案中先建立流体设备单元库，根据其中流体设备单元的CFD模型得到其流量和阻力之间的对应关系，最后得到组成待测流体设备的流体设备单元的阻力得到待测流体设备的阻力。由于本发明所提供的技术方案，当待测流体设备的结构出现变化时，只需要得到其中各流体单元的数量和连接方式即可计算出其阻力，不需要重新建立其CFD模型，从而解决现有技术中在计算流体设备阻力时工作效率低的问题。

附图说明

图1是本发明实施例中的基于CFD数值模拟的流体设备阻力优化方法的流程图。

具体实施方式

本实施例提供一种基于CFD数值模拟的流体设备阻力优化方法是一种基于CFD数值模拟的流体设备阻力获取方法，用于对流体设备所受的阻力进行计算，解决现有技术中在计算流体设备阻力时工作效率低的问题。

本实施例所提供的基于CFD数值模拟的流体设备阻力优化方法，其流程如图1所示，包括如下步骤：

(1)建立流体设备单元库。

所建立的流体设备单元库中存储有多重用于组成流体设备的流体设备单元，本实施例中流体设备单元的单元包括直管、U型管、T型管、L型管、转接管和阀门，待测流体设备由流体设备单元库中的流体设备单元连接组成。

(2)建立流体设备单元库中各流体设备单元的CFD模型，根据各流体设备单元的CFD模型分别得到其流量和阻力之间的对应关系。

本实施例中建立流体设备单元CFD模型的方法包括如下步骤：

建立流体设备单元的几何模型；

对建立的流体设备单元的几何模型进行网格划分；

将网格划分后的流体设备单元的几何模型导入到CFD软件中，得到流体设备单元的CFD模型。

本实施例中采用Auto CAD软件建立流体设备单元的几何模型，建立CFD模型所采用的CFD软件为Star-CD软件。

根据流体设备单元的CFD模型得到其流量和阻力之间对应关系的方法包括如下步骤：

首先建立流体设备单元流量和阻力之间的拟合关系；

本实施例中所建立的流体设备单元流量和阻力之间的拟合关系为：

F/L＝a₀+a₁(Q/s)+a₂(Q/s)²

其中F为阻力值，L为流体设备单元进口与出口之间的距离，Q为流量体积，s为流体设备单元的等效流通面积，a₀为常数，a₁和a₂分别为拟合系数。

然后从流体设备单元的CFD模型中选取三个流量值，并得到与这三个流量值相对应的阻力值；

最后将三个流量值和其对应的阻力值代入上述拟合关系式，得到一个包含三个方程式的方程组；对该方程式进行求解，得到上述拟合关系式中的系数，即可得到流体设备单元流量和阻力之间的关系。

按照上述方法，依次得到各流体设备单元流量和阻力之间的关系。

(3)获取组成待测流体设备的流体设备单元，以及各流体设备单元的数量和连接顺序。

待测流体设备由流体设备单元组成，根据待测流体设备的整体结构，可得到其中流体设备单元的数量和连接顺序。

(4)根据流量以及各流体设备单元流量和阻力之间的对应关系计算出各流体设备单元的阻力。

将流量代入各流体设备单元流量和阻力之间的关系式中，即可计算出各流体设备单元的阻力。

(5)根据待测流体设备中各流体设备单元连接顺序将其阻力叠加，得到待测流体设备的阻力。

本实施例中将待测流体设备当作为由多个多种流体设备单元串行连接而成的系统，因此将各流体设备单元的阻力按照其在待测流体设备中的连接顺序相叠加，即可计算出待测流体设备的阻力。

作为其他实施方式，流体设备单元的种类可以为直管、U型管、T型管、L型管、转接管和阀门中的多种而非全部。

以上公开的本发明的实施例只是用于帮助阐明本发明的技术方案，并没有尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种基于CFD数值模拟的流体设备阻力优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)建立流体设备单元库；

所述流体设备单元库中存储有多种用于组成流体设备的流体设备单元；所述流体设备单元包括直管、U型管、T型管、L型管、转接管和阀门中的多种；

(2)建立流体设备单元库中各种流体设备单元的CFD模型，根据各流体设备单元的CFD模型分别得到其流量和阻力之间的对应关系；

(3)获取组成待测流体设备的流体设备单元，以及各流体设备单元的数量和连接顺序；所述待测流体设备由流体设备单元库中的流体设备单元串行连接组成；

(4)根据流量以及各流体设备单元流量和阻力之间的对应关系计算出各流体设备单元的阻力；

(5)根据待测流体设备中各流体设备单元连接顺序将其阻力叠加，得到待测流体设备的阻力；

建立流体设备单元的CFD模型的方法包括如下步骤：

建立流体设备单元的几何模型；

对各流体设备单元的几何模型进行网格划分；

将网格划分后的流体设备单元的几何模型导入CFD软件中，得到流体设备单元的CFD模型；

根据流体设备单元的CFD模型得到流体设备单元流量和阻力之间对于关系的方法为：从流体设备单元的CFD模型中选取设定数量的流量值和与各流量值对应的阻力值；将各流量值和阻力值拟合，得到流体设备单元流量和阻力之间的关系；

将流体单元各流量值和阻力值拟合时，所采用的拟合公式为：

F/L＝a₀+a₁(Q/s)+a₂(Q/s)²

其中F为阻力值，L为流体设备单元进口与出口之间的距离，Q为流量体积，s为流体设备单元的等效流通面积，a₀为常数，a₁和a₂分别为拟合系数。