一种用于抑制预冷器结霜的模拟计算方法技术

本发明专利技术公开了一种用于抑制预冷器结霜的模拟计算方法，可以实现对预冷器结霜全过程的运算，揭示湿空气近冷壁面结霜现象的本质及影响因素，使得湿空气结霜过程的研究更加完善；通过计算可得，在一定时间范围内，增大管间距，减小管径，降低湿空气进口流速，提高管壁壁温或者降低湿空气进口相对湿度可以有效抑制预冷器极低温管束表面霜层的形成，起到抑霜作用。

A simulation calculation method for frost suppression of precooler

【技术实现步骤摘要】
一种用于抑制预冷器结霜的模拟计算方法
本专利技术提供了预冷器结霜模拟运算
，尤其是一种用于抑制预冷器结霜的模拟计算方法。
技术介绍
结霜现象普遍存在于制冷、低温存储、空气调节、航空航天等领域。因此，掌握具体结霜过程以及合理解释结霜机理对于工程应用来说具有十分重要的研究意义。近年来，随着航空航天事业的不断进步与发展，对于结霜现象的研究又有了新的需求。航空航天设备表面与周围环境之间温差较大(大于100K)，多数情况设备会在大温差工况下运转并发生快速结霜现象。以预冷器为例，主流气体所含水蒸气的结霜现象是设备运行过程中一个较为严重的问题。结霜现象的存在会导致预冷器主流压力损失增大以及热交换量降低等危害，甚至引起传热失效，更有甚者还会在低空加速阶段造成灾难性事故。扩大预冷器管路间距虽然可以控制主流压力损失增大，但仍存在热交换性能下降以及预冷器尺寸增加等问题。过去有学者进行了大量关于热交换器结霜现象的研究，但大多以冷冻和空调用热交换器为研究对象，主要用来解决小温差长时间结霜问题，这与预冷器大温差短时间结霜现象的本质有所不同。在目前的研究成果中，关于预本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于抑制预冷器结霜的模拟计算方法，其特征在于，主要包括如下步骤：/n(步骤一)根据物理模型计算所需的计算域和网格尺寸，并进行网格划分；/n(步骤二)对模型计算域的密度、温度、速度以及固相体积分数进行初始化；/n(步骤三)输出计算域的流场、温度场、辐射强度以及辐射热流量；/n流场演化方程为：/n

【技术特征摘要】
1.一种用于抑制预冷器结霜的模拟计算方法，其特征在于，主要包括如下步骤：
(步骤一)根据物理模型计算所需的计算域和网格尺寸，并进行网格划分；
(步骤二)对模型计算域的密度、温度、速度以及固相体积分数进行初始化；
(步骤三)输出计算域的流场、温度场、辐射强度以及辐射热流量；
流场演化方程为：



其中，为组分σ的粒子分布函数，为组分σ的平衡态分布函数，τ为组分σ的松弛时间；
平衡态分布函数为：



其中，cs为格子声速，wα为权系数，ρ为密度，eα为离散速度；平衡态速度uσeq(r,t)为：



分子间相互作用力Fσ(r,t)为：



其中，流体间相互作用力为：



式中，ψσ(r,t)＝ρ0[1-exp(-ρσ(r,t))/ρ0]为组分σ的有效密度；G1和G2分别为相邻和次相邻位置的流体间相互作用系数；
重力为：



双组分混合流体速度u(r,t)为：



其中，Mσ为组分σ的分子质量；
演化方程迁移步为：



其中，为组分σ碰撞后的粒子分布函数；
温度场演化方程为：



其中，nα(r,t)为温度场的粒子分布函数；为辐射热流量，利用格子Boltzmann方法进行求解，表达式如下：



其中，Iα为辐射强度，为权系数；
计算辐射强度的演化方程为：



其中，τI为求解辐射强度分布函数的松弛时间；相应的平衡态分布函数为：



其中，为离散方向α对应的权系数；假设边界是黑体，边界辐射强度为σSB为Stefan-Boltzmann常数，Tbound为边界温度；
对应的温度场平衡态分布函数为：



(步骤四)输出计算域内每个节点的密度、速度以及温度；
密度、速度以及温度的计算式为：

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鑫，陈光，王晓兵，杨沄芃，郭帅帅，郝冬，张妍懿，王仁广，
申请(专利权)人：中汽研汽车检验中心天津有限公司，中国汽车技术研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12