CN112100936B - 一种基于展平滤芯预测折褶滤芯过滤器流阻的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种基于展平滤芯预测折褶滤芯过滤器流阻的方法，包括通过试验获取展平滤芯压力流量曲线，获取并修正第一阻力系数，获得修正阻力系数；获取折褶滤芯压力流量曲线，提取第二阻力系数；建立同心圆环柱模型和包含滤芯模型的过滤设备模型；算同心圆环柱模型的阻力系数，并计算过滤设备模型的流动阻力，本发明的流阻计算方法，不仅可对不同折褶形式的过滤器流阻进行准确预测，免除了大量滤芯产品的试验，提升了滤芯阻力系数计算的灵活性、通用性和适用性，同时，采纳了现有技术路线中计算资源需求小的特点，只要滤芯的材料不变，则计算方法和精度均不会发生较大的变化，保证了较高过滤器流阻的计算效率和计算精度。

Description

一种基于展平滤芯预测折褶滤芯过滤器流阻的方法
技术领域
本发明涉及计算机辅助设计领域，尤其涉及一种基于展平滤芯预测折褶滤芯过滤器流阻的方法。
背景技术
过滤器流阻是衡量其性能的重要指标，油液过滤器中的滤芯通常使用的是折褶的圆形滤芯，借助计算机辅助技术能够较好地对过滤器的流阻进行预测。
现有技术中，流阻的预测计算步骤为：对折褶滤芯进行试验，提取阻力系数，在进行过滤器流阻计算时，使用一个恰能包覆完整折褶滤芯的同心圆环柱替代滤芯，将所得折褶滤芯阻力系数带入圆环柱，计算过滤器流阻。
但此方法仅能够对当前折褶形式下过滤器流阻进行准确计算，具有一定的局限性，若折褶的形式发生变化，则原有的阻力系数发生改变，预测计算的精度会降低，因此适用性并不高。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本申请提供一种基于展平滤芯预测折褶滤芯过滤器流阻的方法，具体包括：
S100，通过试验获取展平滤芯压力流量曲线，依据所述展平滤芯压力流量曲线获取第一阻力系数；
S200，将所述第一阻力系数代入仿真试验中进行仿真计算，获得修正阻力系数；
S300，依据所述修正阻力系数获取折褶滤芯压力流量曲线，从所述折褶滤芯压力流量曲线中提取第二阻力系数；
S400，建立同心圆环柱模型和包含所述滤芯模型的过滤设备模型，所述同心圆环柱模型用以代替过滤设备中的折褶滤芯；
S500，使用第二阻力系数计算所述同心圆环柱模型的阻力系数，并计算所述过滤设备模型的流动阻力。
优选地，所述第一阻力系数为展平滤芯的仿真流动阻力系数，所述第二阻力系数为所述折褶滤芯的仿真流动阻力系数。
优选地，所述步骤S200还包括：
S201，依据所述仿真计算得到第三阻力系数，计算所述第三阻力系数与所述第二阻力系数的相差度；
S202，若所述相差度不大于2％，则所述修正阻力系数采用所述第三阻力系数，输出所述修正阻力系数；
若所述相差度大于2％，则对所述第三阻力系数进行修正，返回步骤S201，直至所述相差度不大于2％，输出所述修正阻力系数。
优选地，所述折褶滤芯采用1.5mm厚度的滤芯切片。
优选地，依据所述展平滤芯压力流量曲线得到压差计算公式，所述压差计算公式如下：
Figure BDA0002676266630000021
Δp为压差，C2为惯性阻力系数，
Figure BDA0002676266630000031
为黏性阻力系数，ρ为密度，μ为动力粘度，L为滤层厚度，v为速度。
优选地，步骤S300还包括
计算不同压差下通过所述折褶滤芯的流量，建立纵轴为压差，横轴为流量的坐标系，统计各压差对应流量，组成多个坐标点，并将多个坐标点连接为连续的曲线，得到所述折褶滤芯压力流量曲线。
优选地，还包括将所述折褶滤芯压力流量曲线拟合为截距为0的二次函数，记录所述二次函数的二次项系数及一次项系数，依据所述二次项系数和所述一次项系数计算所述第一阻力系数。
优选地，所述二次函数包括：
Δp＝a*v2+b*v
Δp为压差，v为速度，a为第一系数，b为第二系数；
依据所述曲线函数和所述压差计算公式，得到阻力系数的计算公式：
Figure BDA0002676266630000032
Figure BDA0002676266630000033
Δp为压差，C2为惯性阻力系数，
Figure BDA0002676266630000034
为黏性阻力系数，ρ为密度，μ为动力粘度，L为滤层厚度，v为速度。
优选地，步骤S300还包括将所述折褶滤芯区域设置为第一多孔介质区域，依据所述修正阻力系数于计算所述第一多孔介质区域上多个方向的阻力系数，获得所述第二阻力系数。
优选地，步骤S500还包括将所述同心圆环柱的区域设置为第二多孔介质区域，依据所述第二阻力系数计算所述第二多孔介质区域上多个方向的阻力系数，获得所述过滤设备模型的流动阻力。
有益效果：本发明通过拟合试验获取的展平滤芯流阻特性流量曲线，提取未折褶即展平状态下滤芯的流动阻力系数，然后计算折褶滤芯流动阻力系数，再计算滤芯建模的阻力系数，最后计算过滤设备模型的流动阻力。使用本发明的流阻计算方法，不仅可对不同折褶形式的过滤器流阻进行准确预测，免除了大量滤芯产品的试验，提升了滤芯阻力系数计算的灵活性、通用性和适用性，同时，保持了原有计算方法中资源需求少的优点，只要滤芯的材料不变，则计算方法和计算精度均不会发生大的变化，保证了较高过滤器流阻的计算效率和计算精度。
附图说明
图1为本发明的一种较优实施例中的折褶滤芯过滤器流阻的预测方法的流程图；
图2为本发明的一种较优实施例中的压力流量曲线图；
图3为本发明的一种较优实施例中的仿真试验后拟合的曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
如图1所示，本发明提供了一种基于展平滤芯预测折褶滤芯过滤器流阻的方法，包括：
S100，通过试验获取展平滤芯压力流量曲线，依据展平滤芯压力流量曲线获取第一阻力系数；
S200，将第一阻力系数代入仿真试验中进行仿真计算，获得修正阻力系数；
S300，依据修正阻力系数获取折褶滤芯压力流量曲线，从折褶滤芯压力流量曲线中提取第二阻力系数；
S400，建立同心圆环柱模型和包含滤芯模型的过滤设备模型，同心圆环柱模型用以代替过滤设备中的折褶滤芯；
S500，使用第二阻力系数计算同心圆环柱模型的阻力系数，并计算过滤设备模型的流动阻力。
本发明的过滤器计算方法优点在于：本发明通过拟合试验获取的展平滤芯流阻特性流量曲线，提取未折褶即展平状态下滤芯的流动阻力系数，然后计算折褶滤芯流动阻力系数，再计算滤芯建模的阻力系数，最后计算过滤设备模型的流动阻力。
使用本发明的流阻计算方法，不仅可对不同折褶形式的过滤器流阻进行准确预测，免除了大量滤芯产品的试验，提升了滤芯阻力系数计算的灵活性、通用性和适用性，同时，采纳了现有技术路线中计算资源需求小的特点，只要滤芯的材料不变，则计算方法和精度均不会发生较大的变化，保证了较高过滤器流阻的计算效率和计算精度。
作为本发明一种优选的实施方式，第一阻力系数为展平滤芯的仿真流动阻力系数，第二阻力系数为折褶滤芯的仿真流动阻力系数。
作为本发明一种优选的实施方式，步骤S300还包括：
计算不同压差下通过折褶滤芯的流量，建立纵轴为压差，横轴为流量的坐标系，统计各压差对应流量，组成多个坐标点，并将多个坐标点连接为连续的曲线，得到折褶滤芯压力流量曲线。
作为本发明一种优选的实施方式，还包括将折褶滤芯压力流量曲线拟合为截距为0的二次函数，记录二次函数的二次项系数及一次项系数，依据二次项系数和一次项系数计算第一阻力系数。
作为本发明一种优选的实施方式，步骤S200还包括：
S201，依据仿真计算得到第三阻力系数，计算第三阻力系数与第二阻力系数的相差度；
S202，若相差度不大于2％，则修正阻力系数采用第三阻力系数，输出修正阻力系数；
若相差度大于2％，则对第三阻力系数进行修正，返回步骤S201，直至相差度不大于2％，输出修正阻力系数。
作为本发明一种优选的实施方式，折褶滤芯采用1.5mm厚度的滤芯切片。
作为本发明一种优选的实施方式，依据展平滤芯压力流量曲线得到压差计算公式，压差计算公式如下：
Figure BDA0002676266630000061
Δp为压差，C2为惯性阻力系数，为黏性阻力系数，ρ为密度，μ为动力粘度，L为滤层厚度，v为速度。
作为本发明一种优选的实施方式，拟合展平滤芯压力流量曲线得到曲线函数：
Δp＝a*v2+b*v
Δp为压差，为速度，a为第一系数，b为第二系数；
依据曲线函数和压差计算公式，得到阻力系数的计算公式：
Figure BDA0002676266630000071
Figure BDA0002676266630000072
Δp为压差，C2为惯性阻力系数，
Figure BDA0002676266630000073
为黏性阻力系数，ρ为密度，μ为动力粘度，L为滤层厚度，v为速度。
作为本发明一种优选的实施方式，步骤S300还包括将折褶滤芯区域设置为第一多孔介质区域，依据修正阻力系数于计算第一多孔介质区域上多个方向的阻力系数，获得第二阻力系数。
作为本发明一种优选的实施方式，步骤S500还包括将同心圆环柱的区域设置为第二多孔介质区域，依据第二阻力系数计算第二多孔介质区域上多个方向的阻力系数，获得过滤设备模型的流动阻力。
作为一种具体地实施例，基于展平滤芯预测折褶滤芯过滤器流阻的步骤如下：
(1)获取展平滤芯流动阻力系数：
通过试验获取展平滤芯流阻特性压力流量曲线，如图2所示；
拟合上述展平滤芯流阻特性压力流量曲线，获取展平滤芯压差-流量公式，
Figure BDA0002676266630000081
Δp为压差，C2为惯性阻力系数，
Figure BDA0002676266630000082
为黏性阻力系数，ρ为密度，μ为动力粘度，L为滤层厚度，v为速度。已知值为：压差及流量(速度)为试验获取值，滤层厚度为滤层自身尺寸参数，密度、动力粘度为油液属性。通过上述已知值和公式，可以计算出：惯性阻力系数、粘性阻力系数。
从展平滤芯压差-流量公式中提取展平滤芯阻力系数；
使用展平滤芯阻力系数进行仿真试验，仿真试验获取实验值拟合曲线，。将仿真试验后的修正阻力系数与展平滤芯阻力系数对比，若修正阻力系数与展平滤芯阻力系数偏差小于2％，则输出修正的阻力系数；若修正阻力系数与展平滤芯阻力系数偏差大于2％，则对展平滤芯阻力系数进行修正，直到修正滤芯阻力系数与展平滤芯阻力系数偏差小于2％时，输出修正阻力系数。
(2)计算折褶滤芯流动阻力系数：
建立模1.5mm切片厚度折褶滤芯模型；
使用修正阻力系数进行褶滤芯的仿真计算；具体包括：对1.5mm切片厚度折褶滤芯进行网格划分，将折褶滤芯区域设置为多孔介质区域，多孔介质区域使用各向同性阻力系数，即空间上三个方向(x轴方向、y轴方向和z轴方向)均使用步骤c阻力系数，计算折褶滤芯阻力系数。
仿真计算后获取折褶滤芯压力流量曲线，拟合折褶滤芯压力流量曲线获得折褶滤芯的压差-流量公式，提取折褶滤芯阻力系数。
计算折褶滤芯阻力系数具体步骤如下：
计算不同压差下通过折褶滤芯的流量，建立纵轴为压差，横轴为流量的坐标系，统计各压力对应流量，组成一系列的坐标点；依次连接坐标点成线；将曲线拟合为截距为0的二次函数，记录二次函数的二次项系数及一次项系数，根据二次项系数及一次项系数计算阻力系数。
作为本发明一种具体实施例，折褶滤芯阻力系数的具体计算过程如下，依据二次项公式：
Δp＝a*v2+b*v
Δp为压差，为速度，a为第一系数，b为第二系数；
依据曲线函数和压差计算公式，得到阻力系数的计算公式：
Figure BDA0002676266630000091
Figure BDA0002676266630000092
Δp为压差，C2为惯性阻力系数，
Figure BDA0002676266630000093
为黏性阻力系数，ρ为密度，μ为动力粘度，L为滤层厚度，v为速度。
依据图3和上述系数提取公式，计算得
Δp＝-13710541.15+3201958.62
即a＝-13710541.15，b＝3201958.62，再根据上述的阻力系数计算公式，可计算得到惯性阻力系数C2，黏性阻力系数
Figure BDA0002676266630000094
(3)计算完整过滤设备流动阻力：
建立同心圆环柱模型，同心圆环柱模型恰能包覆完整的折褶滤芯；
使用同心圆环柱模型替换过滤设备中的折褶滤芯，建立完整的过滤设备模型；
使用折褶滤芯阻力系数来计算内含折褶滤芯过滤设备流动阻力。
具体如下：
将同心圆环柱区域设置为多孔介质区域，多孔介质区域的每个方向上使用对应方向上的阻力系数，阻力系数包括惯性阻力系数和黏性阻力系数。同心圆环柱的径向使用一倍折褶滤芯阻力系数，同心圆环柱的轴向使用0.1倍的折褶滤芯阻力系数，同心圆环柱的周向使用10倍的折褶滤芯阻力系数，按照上述设置计算过滤设备流动阻力。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于展平滤芯预测折褶滤芯过滤器流阻的方法，其特征在于，包括：
S100，通过试验获取展平滤芯压力流量曲线，依据所述展平滤芯压力流量曲线获取第一阻力系数；
S200，将所述第一阻力系数代入仿真试验中进行仿真计算，获得修正阻力系数；
S300，依据所述修正阻力系数获取折褶滤芯压力流量曲线，从所述折褶滤芯压力流量曲线中提取第二阻力系数；
S400，建立同心圆环柱模型和包含滤芯模型的过滤设备模型，所述同心圆环柱模型用以代替过滤设备中的折褶滤芯；
S500，将所述同心圆环柱模型的区域设置为第二多孔介质区域，依据所述第二阻力系数计算所述第二多孔介质区域上多个方向的阻力系数，获得所述过滤设备模型的流动阻力。
2.根据权利要求1所述的一种基于展平滤芯预测折褶滤芯过滤器流阻的方法，其特征在于，所述第一阻力系数为展平滤芯的仿真流动阻力系数，所述第二阻力系数为所述折褶滤芯的仿真流动阻力系数。
3.根据权利要求1所述的一种基于展平滤芯预测折褶滤芯过滤器流阻的方法，其特征在于，所述步骤S200还包括：
S201，依据所述仿真计算得到第三阻力系数，计算所述第三阻力系数与所述第二阻力系数的相差度；
S202，若所述相差度不大于2％，则所述修正阻力系数采用所述第三阻力系数，输出所述修正阻力系数；
若所述相差度大于2％，则对所述第三阻力系数进行修正，返回步骤S201，直至所述相差度不大于2％，输出所述修正阻力系数。
4.根据权利要求1所述的一种基于展平滤芯预测折褶滤芯过滤器流阻的方法，其特征在于，所述折褶滤芯采用1.5mm厚度的滤芯切片。
5.根据权利要求1所述的一种基于展平滤芯预测折褶滤芯过滤器流阻的方法，其特征在于，依据所述展平滤芯压力流量曲线得到压差计算公式，所述压差计算公式如下：
Figure FDA0003027875260000021
Δp为压差，C2为惯性阻力系数，
Figure FDA0003027875260000022
为黏性阻力系数，ρ为密度，μ为动力粘度，L为滤层厚度，v为速度。
6.根据权利要求1所述的一种基于展平滤芯预测折褶滤芯过滤器流阻的方法，其特征在于，步骤S300还包括：
计算不同压差下通过所述折褶滤芯的流量，建立纵轴为压差，横轴为流量的坐标系，统计各压差对应流量，组成多个坐标点，并将多个坐标点连接为连续的曲线，得到所述折褶滤芯压力流量曲线。
7.根据权利要求6所述的一种基于展平滤芯预测折褶滤芯过滤器流阻的方法，其特征在于，还包括将所述折褶滤芯压力流量曲线拟合为截距为0的二次函数，记录所述二次函数的二次项系数及一次项系数，依据所述二次项系数和所述一次项系数计算所述第一阻力系数。
8.根据权利要求7所述的一种基于展平滤芯预测折褶滤芯过滤器流阻的方法，其特征在于，所述二次函数包括：
Δp＝a*v2+b*v
Δp为压差，v为速度，a为第一系数，b为第二系数；
依据曲线函数和压差计算公式，得到阻力系数的计算公式：
Figure FDA0003027875260000031
Figure FDA0003027875260000032
C2为惯性阻力系数，
Figure FDA0003027875260000033
为黏性阻力系数，ρ为密度，μ为动力粘度，L为滤层厚度。
9.根据权利要求1所述的一种基于展平滤芯预测折褶滤芯过滤器流阻的方法，其特征在于，步骤S300还包括将所述折褶滤芯区域设置为第一多孔介质区域，依据所述修正阻力系数于计算所述第一多孔介质区域上多个方向的阻力系数，获得所述第二阻力系数。
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