申请/专利权人：东北电力大学

申请日：2022-05-24

公开（公告）日：2024-06-07

公开（公告）号：CN115114815B

主分类号：G06F30/23

分类号：G06F30/23;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.07#授权;2022.10.18#实质审查的生效;2022.09.27#公开

摘要：本发明属于结霜模拟运算技术领域，尤其涉及一种利用霜层表面性质预测冷表面结霜的模拟方法，包括以下步骤：S1、建立冷表面物理模型；S2、获得满足模拟精度的网格数量；S3、计算流场参数；S4、标记并获得水蒸气与冰的传质速率；S5、获得霜层的厚度及密度；S6、构建用于冷平板的霜层生长数值分析方法；S7、同工况下与相关文献实验结果进行对比，验证模型的准确性；S8、将构建霜层生长模型用于实际，分析冷表面上霜层生长的分布情况。本发明通过对前人忽视了的霜层表面性质，尤其是冰项体积分数的研究，具体对霜层厚度的增大过程进行描述，提出了更细致考虑更全面的霜层生长数值模型。计算的霜层生长情况与实际的霜层厚度、密度更为接近。

主权项：1.一种利用霜层表面性质预测冷表面结霜的模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、建立冷表面物理模型；利用ICEM软件建立冷表面物理模型，采用四边形结构化网格对计算域网格进行划分，并对近壁面网格在满足Y+的要求下进行加密处理；S2、获得满足模拟精度的网格数量；对划分的计算域网格进行网格无关性验证，通过自适应网格技术调整网格，同时分别划分几种不同数量的网格进行对比验证，随着网格数量的增加，霜层的总质量不在变化且差值逐渐趋于稳定时，即可得到满足模拟精度的网格数量；S3、计算流场参数；利用连续性、动量、能量和组分方程对整个流场区域进行模拟计算，各控制方程通用形式如下： 其中，ρ为流体密度；Φ为广义变量；Γ为广义扩散系数；S为广义源相；S4、标记并获得水蒸气与冰的传质速率；通过用户自定义UDM把能否相变的区域分别储存标记为1和0；由于靠近壁面的第一层网格始终存在着冷表面的支撑作用，在整个计算时间内始终被标记为1；而那些处于同一列，且正下方接触着冰项体积分数大于临界体积分数的网格，也被标记为1；在t＝0的初始状态下，仅靠近壁面的第一层网格被标记，而每次迭代完成都更新UDM，标记满足条件的网格；整个计算时间内，流场域内是一个随时迭代、标记更新的过程；水蒸气与冰的传质速率由两部分组成：一部分为主要增大霜层厚度的体积传质速率具体可以表示为： 其中，τv表示与相变速率有关的项，hsub＝2.833×106kJkg表示相变的固化潜热值，αa及ρa分别表示湿空气的体积分数和湿空气的密度，ω及ωsat分别表示水蒸气的实际质量分数和水蒸气处于饱和分压力时的饱和质量分数，表示控制体的表面体积之比，表示控制体到冷表面的导热传热量；另一部分为主要提高霜层密度的密度传质速率具体表示为： 其中，a表示与相变速率有关的项，ωa表示水空气的质量分数，ρa表示湿空气的密度，表示控制体的表面体积之比，ρf,avg表示霜层的平均密度；两者加和即为总传质速率：S5、获得霜层的厚度及密度；霜层的平均厚度及平均密度，可以用用户自定义函数计算，并用UDM储存记录；霜层的平均厚度计算公式如下： 其中，δj中表示第j列网格中，冰项体积分数大于10-6部分的网格在y方向上的最大坐标，Δx＝1mm表示网格的长度，L＝100mm表示冷表面的总长度；对霜层厚度乘以网格x方向的增量加集合，再除以霜层总长L，即可求得霜层的平均厚度霜层的平均密度计算公式如下： 其中，mcv表示控制体内霜的质量，Vcv表示控制体的体积，Vfl表示霜层的总体积；S6、构建用于冷平板的霜层生长数值分析方法；首先将物理模型离散化处理为数量众多的网格单元，然后在模拟过程中提取某一网格单元Cellx内流体的物性参数；求解动量、连续性、能量、组分、湍流、欧拉方程，得到体积分数、温度物性参数，计算总相变速率，更新动量、质量、能量、组分源相；在霜层厚度以及霜层密度与流体速度场、温度场之间建立耦合关系；对流场内所有网格单元进行循环，并迭代至下一时间步长；反复循环直至所有网格单元均达到所需计算的时间要求；S7、同工况下与相关文献实验结果进行对比，验证模型的准确性；S8、将构建霜层生长模型用于实际，分析冷表面上霜层生长的分布情况。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 东北电力大学 一种利用霜层表面性质预测冷表面结霜的模拟方法

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