[发明专利]一种基于CFD数值计算的S型皮托管系数标定方法

摘要

本发明公开了一种基于CFD数值计算的S型皮托管系数标定方法，包括被标定S型皮托管与校准风洞的三维几何模型构建和计算网格的生成、Fluent求解器求解、结果后处理及S型皮托管系数计算；本发明采用CFD数值模拟方法充分考虑了S型皮托管的加入对风洞内流场的影响，考虑了S型皮托管周围的流场复杂性，克服了原有S型皮托管实流测试投资大、效率低等缺点，精确再现了实流标定时，整体风洞内流场与S型皮托管周围流场形态，从而实现了对S型皮托管系数的准确计算，为今后S型皮托管的标定提供了一种简单高效价格低廉的方法，大大降低了新品S型皮托管的设计成本以及使用中S型皮托管系数的标定成本，具有广阔的应用前景与经济价值。

主权项

1.一种基于CFD数值计算的S型皮托管系数标定方法，其特征在于，包括如下具体步骤：S1：前处理，该前处理包括校准风洞与被校准皮托管几何模型的建立，模拟计算域的确定和计算域的网格划分，具体包括如下步骤：S11：依据实际校准中使用的风洞的几何尺寸与实际被校准皮托管的几何尺寸，使用三维建模软件绘制所述几何模型，保证所绘制几何模型与实际校准风洞与被校准皮托管完全一致；S12：将上述三维几何模型导入网格划分软件中，对导入的文件进行几何修复、计算域生成、计算域划分、网格参数设置、边界层参数设置、最后生成非结构化的面网格和体网格；S13：对生成网格质量进行检查，采用多次迭代方式对低质量网格和负体积网格进行修复；S14：整体考察多次迭代修复完成后的网格数量与网格质量，输出msh文件；S2：利用求解器和控制方程对S1中网格进行求解，所述求解过程包括边界条件设定、求解方程设定、湍流模型设定、收敛条件设定和计算求解，该计算求解的具体步骤为：S21：将步骤S14中生成的msh网格文件导入Fluent软件中，对网格进行检查，网格检查中不能有负体积网格、不能出现左手规则网格，检查通过后对计算域尺寸进行设置；S22：对求解器进行设置，选择基于压力稳态的求解器，忽略重力影响，对求解模型进行设置，开启能量方程，选择湍流模型为K‑e两方程湍流模型，开启增强壁面功能，对皮托管近壁面流场进行数据分析；S23：设定计算域流体介质为空气，密度1.225kg/m³；S24：依据实际风洞校准S型皮托管的流速要求，设置进出口边界条件，设置入口边界条件为质量流速入口，入口流速依据标定流速要求确定，依据实际几何模型尺寸设置湍流模型中进口等效水力直径，进口湍流度设置为1％，出口边界条件设置为自由流出口；S25：设置求解方法与松弛因子，求解算法中动量向、湍流能项、湍流耗散项和能量项在一阶格式计算收敛后换成二阶格式，设定收敛条件、开启求解监视器；S26：设定计算起始边界、初始化流场，检查算例正确后，进行迭代计算，直至满足S25中设置的收敛条件；S3：数值计算结果后处理与皮托管系数的计算，使用Fluent的结果报告功能及坐标图绘制和云图或等值线图绘制功能，获得总压孔正前方稳定流速值v，以及总压孔截面平均压力P1与静压孔截面平均压力P2的值，通过公式求得S型皮托管标定系数K。