[發明專利]一種車用氣瓶在火燒狀態下外部流場溫度獲取的優化方法

有效

• 申請號: 202010873421.0
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN112115651B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 黃思;張果冉;郭嘉煒;易天坤
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

1.一種車用氣瓶在火燒狀態下外部流場溫度獲取的優化方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、使用三維數字化建模軟件建立車用氣瓶及其外部流場區三維模型；

步驟二、使用ANSYS-FLUENT讀取構造好的車用氣瓶及其外部流場區三維模型，在ANSYS-FLUENT的幾何(Geometry)模塊中執行填充(Fill)操作，生成計算域三維模型；所述的計算域是指車用氣瓶外部一定范圍內流速、溫度、壓力分布的區域，即車用氣瓶的外部流場區；

步驟三、使用ANSYS-FLUENT讀取生成的計算域三維模型，在ANSYS-FLUENT的網格(Mesh)模塊中選取網格劃分的方式，設置網格劃分的尺寸，對整個計算域進行網格劃分，生成計算域有限元模型；

步驟四、使用ANSYS-FLUENT讀取計算域有限元模型，在ANSYS-FLUENT的設置(Setup)模塊中選取火焰燃燒模型，確定計算反應速度的方法，設置計算的初始狀態和邊界條件，在ANSYS-FLUENT的求解(Solution)模塊中進行求解計算，直至計算結果收斂且特定監測值穩定為止；所述火焰燃燒模型是指通用有限速率(Species-Transport)模型；所述計算反應速度的方法是指渦耗散(Eddy-Dissipation)模型；所述計算的初始狀態包括設置能量方程狀態，選定湍流模型的種類，設定混合物屬性；所述邊界條件包括進出口速度、湍流規范方法、物料質量分數；所述湍流模型是指標準的k-ε模型，該模型滿足下述表達式：

式中，ρ為流體的密度；t為時間；k為湍動能；ε為擴散率；μ為流體的動力粘度；u_i為流體速度在某個方向的分量；x_i、x_j為不同的方向分量；μ_τ為湍流或渦流粘度；G_k為由于平均速度梯度產生的湍流動能；G_b為由于浮力產生的湍流動能；Y_M為在不可壓縮湍流中脈動膨脹對整體擴散率的貢獻；σ_k、σ_ε為k和ε的普朗特數；C_1ε、C_2ε、C_3ε為常數項；S_k和S_ε為用戶自定義源項；

步驟五、步驟四求解計算完成以后，進入ANSYS-FLUENT的結果(Results)后處理模塊觀察和分析計算結果，得到車用氣瓶外部流場的溫度分布情況。

2.根據權利要求1所述的一種車用氣瓶在火燒狀態下外部流場溫度獲取的優化方法，其特征在于，步驟一所述的三維數字化建模軟件是SOLIDWORKS，建立車用氣瓶及其外部流場區三維模型包括在SOLIDWORKS繪圖區的基準面上運用草圖工具繪制車用氣瓶及其外部流場的二維外形輪廓，定義二維圖形尺寸，運用拉伸、旋轉、鏡像的特征工具實現二維外形輪廓的立體化和構成部件的組合成型，生成車用氣瓶及其外部流場區三維模型。

3.根據權利要求1所述的一種車用氣瓶在火燒狀態下外部流場溫度獲取的優化方法，其特征在于，步驟三所述的網格劃分方式是指選用尺寸均勻、數量在10⁵級別、過渡平滑的四面體網格，設置網格的最大面尺寸(Max?Face?size)為默認值的一半來細化網格，達到既保證計算結果的精確性又不過度消耗計算機資源的效果。

4.根據權利要求1所述的一種車用氣瓶在火燒狀態下外部流場溫度獲取的優化方法，其特征在于，所述混合物屬性是指設置發生燃燒反應并釋放出火焰的可燃物為甲烷和空氣的混合物。

5.根據權利要求1所述的一種車用氣瓶在火燒狀態下外部流場溫度獲取的優化方法，其特征在于，步驟四中所述計算結果收斂的判斷標準是殘差值都降至低于標準值的10^-3；所述特定監測值是指氣瓶外表面的面積加權平均溫度。