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基于Clabao软件的高架板压降的分析

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通过上期的公 众 号我们了解到在传统洁净室中,气流通过高架板时会产生一定的压降,无论是从理论上的达西-维依斯巴赫公式,还是从实际的监测中,我们都可以得知对于相同开孔率的高架板而言,随着高架板上方风速的增加,压降也在增加。

本期我们首先从控制方程上解释高架板阻力特性的影响因素,再利用Clabso软件研究高架板压降的大小与厚度的关系,最终对比Clabso软件和经验公式之间的计算结果。

在CFD模拟中,孔板一般都是按照多孔介质模型来处理。本质上,多孔介质模型仅仅是在纳维-斯托克方程上附加了一个动量源项,如(1)式所示。


     



其中是附加的动量方程源项,其包含两个部分:粘性损失项(达西项)和惯性损失项(压力损失项)如(2)式所示。


     


其中是空气运动粘性系数,是渗透性系数,是惯性阻力系数,也称为压力损失系数,对于高速运动,气流惯性力占优势时,由于惯性力与速度的平方成正比,达西定律就不再适用了。如果模拟多孔板或管束系统,通常可忽略渗透项,仅考虑惯性损失项,则相应的源项方程简化为:

     


其中是惯性阻力系数,也称为压力损失系数,这里需要指出是流动方向单位长度的损失系数,对于沿Z轴方向厚度为,多孔介质区域的压力损失如下:



     
 
     

同上期一样我们设计的计算模型如图1,红色面为上吹风FFU面,粉色半透明实体为壁面,蓝色实体为高架板。在高架板上下设置监测面,读取计算完成后监测面的压力值,并计算出压降,监测面位置如图2所示,上监测面距离高架板上方40mm,下监测面距离高架板下方40mm。


       

图1.计算模型


 

图2.监测面位置


 

我们设计一组相同开孔率的高架板,且高架板迎风面面积同为600mm*600mm,高架板在Z方向的厚度变化范围是10mm—70mm,变化间隔为10mm,给定上部FFU风速0.4m/s。在Clabso软件中模拟这样一组实验,并通过后处理模块读取压降,对应的监测数据记录如下:

表1.不同厚度的高架板压降记录表:

 


根据监测数据我们可以拟合出压降与厚度关系的曲线图(如图3),由图3我们可以看出压降与厚度线性相关,同样我们也可以从公式(4)中看出压降与厚度成线性正相关的关系,所以Clabso软件的计算是准确的。



 

图3.压降与厚度关系曲线图


已知某型号高架板迎风面面积为60mm*600mm,厚度为50mm,开孔率为17%,压降的阻力系数等于58。为测定Clabso软件对该型号高架板的阻力系数的设定,我们改变通过该型号高架板风速的大小,并设定图2所示的监测面,监控气流通过高架板前后的压力变化。监测数据如下表所示:


表2.不同风速的高架板压降记录表:


 

根据Clabso软件计算结果我们可以拟合出压降与速度关系的曲线图(如图4),由图4中的拟合公式我们可以得出压降与速度的平方成正比,同样我们也可以从公式(3)中看出压降与速度的平方成正比的关系。对比公式(3)和图4拟合出的公式我们可知,其中为空气密度,等于,我们可以反推出,与经验系数之间的误差为2.91%。


 

图4.压降与速度的关系曲线图


通过上面的两组实验,我们用Clabso软件证实了在相同开孔率和风速的情况下,压降与高架板的厚度线性相关。同时我们也用Clabso软件测定了厚度为50mm,开孔率为17%的高架板的压降,可以看出Clabso软件所计算出的压降与实际测量的压降是非常接近的,误差小于5%,而且由Clabso软件计算出的结果反推的压降阻力系数与经验系数之间的误差小于3%。可见Clabso软件对于洁净室高架板部位压降的模拟具有很高的精度和可靠性,有助于设计人员进行精准的气流模拟,优化洁净室内部结构。

来源:中源广科CLABSO
多孔介质理论控制
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首次发布时间:2022-11-21
最近编辑:2年前
中源广科CLABSO
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