[发明专利]一种确定任意管型多孔板流阻的方法

说明书

技术领域

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

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(Ⅶ),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

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。

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。

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。

(1)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；

(2)在仿真软件中建立相应管型多孔板的小孔介质模型(Ⅰ),其中为多孔介质模型的等效压力损失，C_j为多孔板的流阻，ρ为流经多孔板流体的密度，ν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＝ax^b+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；

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(nπd²/4)/S<0.5(Ⅲ)；

所述数值拟合方法为最小二乘方法，即Σ(C-C_f)²＝min(Ⅳ),其中C_f为仿真软件中给定的多孔板流阻值，min为最小值；

(3)将步骤(1)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＝fy^k+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(1)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；

所述通过拟合方法确定函数C＝fy^k+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-C_f)²＝min(Ⅵ),其中C_f为由拟合公式C＝ax^b+t(Ⅱ)计算的流阻值，min为最小值。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)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。