[发明专利]一种密封实验室开放式吹风模拟系统气流设计方法

权利要求书

1.一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，第二网格和第三网格均为四面体网格，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，其中，Ω为开放式吹风模拟系统控制体和△Ω为控制体的边界，∂为微分符号，t为时间，ρ为气体密度，u为风速的x轴分量，v为风速的y轴分量，w为风速的z轴分量，V为开放式吹风模拟系统所占体积，e为密封实验室内单位体积下的总内能，为控制体的边界网格体积向量，为网格面的外法线向量，p为气体压强，为在x轴上的分量，为在y轴上的分量，为在z轴上的分量，dS为控制体的边界上面积微元，，为开放式风洞入口来流密度，为开放式风洞入口来流速度，为开放式风洞入口来流长度，为开放式风洞入口来流粘性系数，，，，，，，，，，，，，μ为总粘性系数且，为层流粘性系数，为湍流粘性系数，为风速的x轴分量在x轴方向的偏导，为风速的x轴分量在y轴方向的偏导，为风速的x轴分量在z轴方向的偏导，为风速的y轴分量在x轴方向的偏导，为风速的y轴分量在y轴方向的偏导，为风速的y轴分量在z轴方向的偏导，为风速的z轴分量在x轴方向的偏导，为风速的z轴分量在y轴方向的偏导，为风速的z轴分量在z轴方向的偏导，为层流，为湍流Prandtl数，γ为气体的比热，T为气体温度，为气体温度在x轴方向的热传导，为气体温度在y轴方向的热传导，为气体温度在z轴方向的热传导；

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。

2.按照权利要求1所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。

3.按照权利要求1所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。

4.按照权利要求1所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%。