高架板的阻力特性分析

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孔板流动是一种常见的流动形式，其应用场景十分广泛，包括洁净室送风末端、孔板流量计等，在工程上可以看成是孔板的部件有高架板、格栅等。以高架板为例，在传统洁净室中，地面结构一般都是设置为高架地板支撑结构，是构成垂直单向流的重要条件，当空气通过高架板时会产生压降。在设计阶段需要根据高架板的的阻力特性来考虑风量大小、FFU布置状况等，所以对高架板进行流体力学分析，研究其阻力特性具有十分重要的意义。

根据达西—维伊斯巴赫公式：

∆P=ξ*ρ*u2/2 (1)

在式(1)中，∆P为高架板前后压降，单位为Pa；ξ为阻力系数；ρ为流体密度，单位为kg/m3；u为速度，单位为m/s。其中，阻力系数ξ由高架板的结构参数决定，包括高架板开孔率、孔板尺寸和厚度。

由式(1)可知，压降与风速的平方成正比，和阻力系数成正比。在实际生产过程中，经常变化的运行参数是风量，即风速，所以有必要对风速和压降的关系进行研究。

为分析风速对孔板阻力特性的影响，采用CFD软件Clabso进行流体模拟。计算模型如图1所示，红色面为FFU，箭头方向表示FFU向下吹风；绿色面为高架板；粉色半透明面为壁面。图2所示为压力监测面和高架板的相对位置，在离高架板上下表面40 mm处均流段设置监测面，读取该位置的压力数值，进而得到高架板前后压差。

图1 高架板计算模型

图2 监测面位置

图3给出了某型号高架板在结构参数不变的情况下，风速和压降的关系曲线。由图可知，随着风速的增加，压降增加。为了定量表示风速和压降的相互关系，对Clabso软件的计算结果进行曲线拟合。

在拟合曲线的方法选择上，根据每个人的习惯不同，通常采用两种方式进行拟合，一种是多项式拟合，取截距为0，拟合曲线表达式为∆P=1.68u2-0.0002u，为了和式(1)格式一致，略去小量-0.0002u，得到∆P=1.68u2；另一种是幂函数拟合，拟合曲线的表达式为∆P=1.653u1.9949。图4给出了两种拟合方法的相对误差，可以发现当风速低于0.1m/s时，两者的相对误差小于1%，在实际使用中可以相互代替。

为了验证Clabso软件计算结果的可靠性和稳定性，选择风速为1m/s时的计算结果来和拟合曲线的结果进行对比，计算结果见表1。可以发现三者的计算结果非常接近，相对误差最大为2.5%。所以，Clabso软件的计算结果具有非常高的稳定性和可靠性。