一种流体连接器流阻优化及测试方法技术

本发明专利技术涉及一种流体连接器流阻优化及测试方法

【技术实现步骤摘要】
一种流体连接器流阻优化及测试方法


[0001]本专利技术属于流体力学
，特别涉及一种流体连接器流阻优化及测试方法
。

技术介绍

[0002]随着电子行业微小化
、
高功率化发展，液冷散热方式使用的越来越多
。
基于模块化
、
集成化的设计理念发展，用液模块之间需快速互连，流体快速连接装置的需求也就越来越多
。
为减少流体连接器的体积重量，流体连接器的流动截面很小，当流速较大时流阻会很大，会造成系统供液压力很大，增大供液系统体积和重量，且会对用液模块造成一定的安全隐患
。
因此需对流道阻力特性进行优化，减少流动阻力，在同尺寸下增加流量适用范围，取得良好的流量流阻特性，满足使用需求
。
由于流体连接器流道截面多变，难以准确建立流阻数学模型对流阻进行优化，一般依靠经验值进行理论计算，然后采用仿真手段进行校验，准确度不高
。
[0003]目前市场流体连接器，因为流阻未经优化，流阻偏大，对最大流速和体积流量有限制，最大流速一般为
5m/s
，对应流阻一般在
0.03
～
0.035Mpa
之间，流速超过
5m/s
，流阻会剧增
。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于解决流道复杂，难以准确建立模型对流阻进行优化，造成流体连接器流阻大，供液系统压力大的问题
。
[0005]本申请提供一种流体连接器流阻优化及测试方法，包括：变截面复杂流道流体连接器流阻模型建立方法；流体连接器流阻仿真优化设计方法；快速连接模块化便携式流量流阻特性测试方法
。
[0006]可选的，步骤1，建立变截面复杂流道流体连接器流阻模型，包括：
[0007]步骤
1.1
，对流体连接器流道进行分段：
[0008]根据流体连接器插头
、
插座插合状态流道通路结构特征及入口
、
出口流动特性，对流道进行分段，将流道分为入口段，内部流道段，出口段；其中，入口段为入口流体至流道入口截面；出口段为流道出口截面至流速恢复区域，内部流道根据流体连接器结构分为插头流道区域，连通重合区域，插座流道区域
。
[0009]步骤
12
，分段建立流阻模型
。
根据流体流动特征，确定各段流动阻力公式
。
[0010]步骤
121
，确定入口段流阻
P1：
[0011]根据入口段的流动特征，来流流体至流道入口截面的压力视为均匀，进入流道时，由于自由流动区域改变，流体产生收缩，造成压降，入口段流阻
P1通过以下方法确定：
[0012][0013]式中：
K
c
为入口压力损失系数，
σ
为最小流体面积和前端面积的比值，
G
为内部质量流速；
ρ1为流道入口截面处的流体密度；
g
c
牛顿第二定律中的比例常数；
[0014]步骤
122
，确定内部流道流阻
P2：
[0015]流体连接器内部流道结构，分为三段计算流阻，第一段为插头流道区域，流阻为
P
21
，包括流体连接器插头衬套
、
阀芯
、
壳体内表面；第二段为连通重合区域，流阻为
P
22
，包括插头阀芯及插座阀芯外表面与插头
、
插座壳体内表面；第三段为为插座流道区域，流阻为
P
23
，包括插座阀芯；
[0016]P2＝
P
21
+P
22
+P
23
ꢀꢀ
(3)
[0017]对流道流体微元体进行受力分析：
[0018][0019]式中：
τ
w
为流道内表面摩擦切应力，
C
是流道湿周，
ρ
是局部流体密度，
A0为流通面积，
x
为流体连接器流道轴向方向；
[0020]摩擦因子
f
为壁面切应力与单位体积动能的比值：
[0021][0022]流道流体流通水力半径：
[0023][0024]压力梯度：
[0025][0026]从入口到出口对压力梯度进行积分，得到内部流道流阻
P2：
[0027][0028]式中，
i
为下标，取值
1、2、3、4
；
L1、L2、L3分别为第一
、
二
、
三段流道特征长度；
r
h1
、r
h2
、r
h3
分别为第一
、
二
、
三段流道水力半径；
ρ
i
、
Ρ
i
，
i
＝
1、2、3、4
分别为第一段流道入口
、
第二段流道入口
、
第三段流道入口
、
第三段流道出口截面流体平均密度
、
压力；对于不可压缩流体：流体密度
ρ1＝
ρ2＝
ρ3＝
ρ4＝
ρ
，则：
[0029][0030]步骤
123
，确定出口段流阻
P3：
[0031]出口流阻，包括因面积增大流速降低引起的压力升高，以及突然膨胀后自由膨胀，动量率变化的压降：
[0032][0033]式中，
K
e
出口损失系数；
[0034]步骤
124
，确定总流阻
P
：
[0035][0036]步骤
13
，简化分析模型：
[0037]内部压降占主要部分，忽略进口
、
出口压力损失；内部流道第一段包括流体连接器
插头衬套
、
阀芯
、
壳体内表面，
L1近似为插头阀芯长度加衬套长度；内部流道第二段包括插头阀芯及插座阀芯外表面与插头
、
插座壳体内表面形成流道的流阻，
L2近似为插头阀芯分流孔至插座阀芯汇流孔的距离；内部流道第三段包括插座阀芯构成，
L3近似为插座阀芯长度；
[0038]流阻近似表达成：
[0039][0040]流道水力半径：
[0041][0042]式中，
D
tf
为插头阀芯内径，
D
tf2
为插头阀芯外径，
D
tk
为插头壳体内径，
D
zf
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种流体连接器流阻优化及测试方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1，建立变截面复杂流道流体连接器流阻模型：建立流体连接器插头
、
插座插合连通状态流道结构，进行流体流动特性分析，将流道结构分为多段，建立流阻数学模型；步骤2，进行流体连接器流阻仿真优化：以流阻技术要求
、
结构外形尺寸为约束条件，优化流道结构参数；对优化流道结构模型进行流体仿真计算，分析流体压力
、
速度云图，对流道结构进行再次优化，确定流体连接器最优结构；步骤3，进行流量流阻特性测试：根据流体连接器最优结构，对流体连接器的流量流阻特性进行验证
。2.
如权利要求1所述一种流体连接器流阻优化及测试方法，其特征在于，变截面复杂流道流体连接器流阻数学模型建立方法，具体包括：步骤
1.1
，对流体连接器流道进行分段：根据流体连接器插头
、
插座插合状态流道通路结构特征及入口
、
出口流动特性，对流道进行分段，将流道分为入口段，内部流道段，出口段；其中，入口段为入口流体至流道入口截面；出口段为流道出口截面至流速恢复区域，内部流道根据流体连接器结构分为插头流道区域，连通重合区域，插座流道区域
。
步骤
12
，分段建立流阻模型
。
根据流体流动特征，确定各段流动阻力公式
。
步骤
121
，确定入口段流阻
P1：根据入口段的流动特征，来流流体至流道入口截面的压力视为均匀，进入流道时，由于自由流动区域改变，流体产生收缩，造成压降，入口段流阻
P1通过以下方法确定：式中：
K
c
为入口压力损失系数，
σ
为最小流体面积和前端面积的比值，
G
为内部质量流速；
ρ1为流道入口截面处的流体密度；
g
c
牛顿第二定律中的比例常数；步骤
122
，确定内部流道流阻
P2：流体连接器内部流道结构，分为三段计算流阻，第一段为插头流道区域，流阻为
P
21
，包括流体连接器插头衬套
、
阀芯
、
壳体内表面；第二段为连通重合区域，流阻为
P
22
，包括插头阀芯及插座阀芯外表面与插头
、
插座壳体内表面；第三段为为插座流道区域，流阻为
P
23
，包括插座阀芯；
P2＝
P
21
+P
22
+P
23
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
对流道流体微元体进行受力分析：式中：
τ
w
为流道内表面摩擦切应力，
C
是流道湿周，
ρ
是局部流体密度，
A0为流通面积，
x
为流体连接器流道轴向方向；摩擦因子
f
为壁面切应力与单位体积动能的比值：流道流体流通水力半径：
压力梯度：从入口到出口对压力梯度进行积分，得到内部流道流阻
P2：式中，
i
为下标，取值
1、2、3、4
；
L1、L2、L3分别为第一
、
二
、
三段流道特征长度；
r
h1
、r
h2
、r
h3
分别为第一
、
二
、
三段流道水力半径；
ρ
i
、
Ρ
i
，
i
＝
1、2、3、4
分别为第一段流道入口
、
第二段流道入口
、
第三段流道入口
、
第三段流道出口截面流体平均密度
、
压力；对于不可压缩流体：流体密度
ρ1＝
ρ2＝
ρ3＝
ρ4＝
ρ
，则：步骤
123
，确定出口段流阻
P3：出口流阻，包括因面积增大流速降低引起的压力升高，以及突然膨胀后自由膨胀，动量率变化的压降：式中，
K
e
出口损失系数；步骤
...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭公礼，常伟，李龙，张剑冰，叶正浩，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七二三研究所，
类型：发明
国别省市：