[发明专利]一种流动控制的实现方法

摘要

本发明涉及一种流动控制的实现方法，包括多个自适应形变特性的微型翼形湍流控制器和在通道表面的布置方式，微型翼形湍流控制器采用自适应形变即柔性材料制作，底面固定在通道表面、垂直于通道内流体流动方向、呈阵列式布置若干个，微型翼形湍流控制器间距为湍流拟序结构中的速度条带的统计平均宽度。

主权项

1.一种流动控制的实现方法，包括多个自适应形变特性的微型翼形湍流控制器和在通道表面的布置方式，微型翼形湍流控制器采用自适应形变即柔性材料制作，底面固定在通道表面、垂直于通道内流体流动方向、呈阵列式布置若干个，微型翼形湍流控制器间距为湍流拟序结构中的速度条带的统计平均宽度，包含以下步骤：/n步骤一：测量通道特征长度L(m)、通道的流向截面A(m²)、通道的通道长度L₀(m)、通道宽度Z₀(m)，平均流速U_m(m/s)根据通道内的质量流量公式Q＝U_mA(m³/s)推算或者通过测量得到，流体的密度ρ(m³/kg)已知，流体的动力粘度μ(kg/(m·s))已知，则流体的运动粘度可计算出，进而确定/n步骤二：在ANSYS ICEM中建立通道的抽象物理模型并进行网格划分：利用经验公式L(m)是特征长度，令y⁺＝1，确定通道模型边界上第一层网格的高度Δy(m)，在通道模型边界第一层网格确定的基础上，按照网格划分方法，即可得到数值计算所需的计算网格；/n步骤三：在ANSYS Fluent中导入步骤二得到的计算网格，利用大涡数值模拟方法进行计算，通道进出口边界条件采用周期性边界条件、保持恒定质量流量，根据数值模拟结果，得到通道模型表面的剪切应力τ_w(N/m²)，通道模型表面即需要强化传热的对象；/n步骤四：利用数值模拟结果中的通道模型表面的剪切应力τ_w(N/m²)，已知流体密度ρ(kg/m³)，计算通道模型表面的摩擦速度/n步骤五：无量纲高度由流体的运动粘度ν(m²/s)和摩擦速度u_τ(m/s)计算得到，y(m)是实际高度，ρ(kg/m³)是流体密度；y⁺＝1时表示单位无量纲高度，用来表示单位无量纲高度1，y₁(m)来表示单位无量纲高度对应的实际高度；/n步骤六：微型翼形湍流控制器间距设计：速度条带运动中心位于湍流近壁区，展向相邻的速度条带的间距为60～180，呈现出对数正态概率分布，条带的平均展向间距为100个壁面壁单元。相邻翼形之间的无量纲间距为100，在此间距下，两个相邻的翼形可以对湍流拟序结构如流向涡起到控制作用，可以有效减小流动阻力；沿来流方向，翼形前端固定在底面；翼形沿着展向布置若干个，相邻翼形之间的展向无量纲间距为令y⁺＝100，得到无量纲距离为100时对应的实际间距ΔG＝y₁₀₀＝100y₁(m),此实际间距作为相邻微型翼形湍流控制器的布置间距；/n步骤七：将自适应形变的微型翼形湍流控制器前端固定在通道底面，沿来流方向、呈阵列式、间距设置为ΔG＝y₁₀₀＝100y₁(m)布置在实际的通道表面；推荐的翼形形状为长方体薄片，厚度为0.2倍的单位无量纲距离实际厚度Δz＝0.2y₁(m)；长度为4倍的单位无量纲距离实际长度Δx＝4y₁(m)；高度为23倍的单位无量纲距离实际高度Δh＝23y₁(m)。/n