申请/专利权人：中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所

申请日：2023-10-18

公开（公告）日：2024-05-07

公开（公告）号：CN117408053B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G06F17/11;G06T11/20;G06F119/08;G06F113/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.07#授权;2024.02.02#实质审查的生效;2024.01.16#公开

摘要：本发明公开了强对流条件下低温平板干模态结霜特征曲线的建立方法，涉及低温平板干模态结霜预测领域，包括：对低温平板干模态结霜进行模拟，构建霜层对应的质量守恒方程；获得与低温平板干模态结霜相关的特征值，基于特征值对质量守恒方程进行处理得到无量纲质量守恒方程；若结霜过程中霜层密度和热导率不变，当在较窄的温度区间内，且对流换热量远大于结霜相变的潜热释放，且当来流温度远大于露点温度和冷面温度之差，获得霜层厚度与结霜时间之间的第二表达式；基于第二表达式绘制强对流条件下低温平板干模态结霜特征曲线，本发明能够建立强对流条件下低温平板干模态结霜特征曲线。

主权项：1.强对流条件下低温平板干模态结霜特征曲线的建立方法，其特征在于，所述方法包括：对低温平板干模态结霜进行模拟，根据霜层质量变化率与水蒸气相变速率的关系构建霜层对应的质量守恒方程；根据霜层表面处的传热平衡关系构建能量守恒方程；质量守恒方程采用以下方式获得：基于结霜过程中各时刻霜层内部均满足准稳态导热获得霜层内的传热控制方程；基于霜层内的传热控制方程，根据霜层质量变化率与水蒸气相变速率的关系构建霜层对应的质量守恒方程；传热控制方程为： 其中，x为霜层内部的高度，kf为x处的霜层热导率，T为霜层x处的温度；质量守恒方程为： 其中，为霜层质量变化率，hmρv-ρsaTs为水蒸气相变速率，t为结霜时间，ρf为t时刻霜面处霜层的密度；能量守恒方程为： 其中，为霜层内部导热量，hTa-Ts为对流换热量，hmρv-ρsaTsγ为水蒸气凝结为霜时所释放的潜热，Xf为霜层厚度，h为对流换热系数，Ta为来流露点温度，Ts为霜面温度，hm为水蒸气对流传质系数，ρv为来流空气湿度，γ为水蒸气的凝华潜热，ρsaTs为霜面温度对应的饱和湿度；获得与低温平板干模态结霜相关的特征值，包括：无量纲温度、无量纲霜层厚度、无量纲结霜时间、无量纲湿度和无量纲霜层密度；基于无量纲温度、无量纲霜层厚度、无量纲结霜时间、无量纲湿度和无量纲霜层密度对质量守恒方程和能量守恒方程进行处理得到无量纲质量守恒方程和无量纲能量守恒方程；其中，无量纲质量守恒方程为： 其中，δ为无量纲霜层厚度，τ为无量纲结霜时间，ωsaθs为霜层表面无量纲温度对应的无量纲饱和湿度，θs为霜层表面的无量纲温度，为无量纲霜层密度；其中，无量纲能量守恒方程为： 其中，kfb为霜层达到平衡厚度时的平均热导率，kf0为结霜初始时刻的霜层热导率，δb为霜层平衡厚度，θa为来流露点温度Ta的无量纲温度值，ρsaθw为温度θw时的空气饱和湿度，Tw为低温平板温度，Td为来流露点温度；若结霜过程中霜层密度和热导率不变，则对无量纲质量守恒方程和无量纲能量守恒方程进行简化，获得第一无量纲质量守恒方程和第一无量纲能量守恒方程；其中，第一无量纲质量守恒方程为： 第一无量纲能量守恒方程为： 其中，ρa为空气密度，cpa为空气比热；当在预设温度区间内，且对流换热量与结霜相变的潜热释放量的比值大于第一阈值，且来流温度与第一温度差的比值大于第二阈值，则基于第一无量纲能量守恒方程对第一无量纲质量守恒方程进行简化处理获得无量纲霜层厚度与无量纲结霜时间之间的第一表达式，预设温度区间为该温度区间的最大温度值与最小温度值的温度值差小于预设温度值，第一温度差为露点温度和冷面温度之差；对所述第一表达式进行还原处理，获得霜层厚度与结霜时间之间的第二表达式；基于所述第二表达式绘制强对流条件下低温平板干模态结霜特征曲线；所述第一表达式的获得方式为：当在预设温度区间内，对空气饱和湿度进行线性简化，获得简化的空气饱和湿度关于温度的第一线性函数；将无量纲霜面饱和湿度的表达式带入所述第一线性函数，获得第二函数；当对流换热量与结霜相变的潜热释放量的比值大于第一阈值，对所述第二函数进行整理获得无量纲霜面饱和湿度关于无量纲霜层厚度的第一关系式；当来流温度与第一温度差的比值大于第二阈值，对第一关系式进行整理，获得无量纲霜面饱和湿度数值上等于无量纲霜层厚度的第二关系式；将第二关系式代入第一无量纲质量守恒方程，获得无量纲霜层厚度关于无量纲结霜时间的第一表达式；第一线性函数为：ρsaT＝ρsaTw+αT-Tw其中，ρsaT为温度T时的空气饱和湿度，ρsaTw为温度Tw时的空气饱和湿度，α为第一线性函数的斜率系数；第二函数为： 其中，ρs为霜层表面温度对应的空气饱和湿度；第一关系式为： 第二关系式为：ωsaθs＝δ第一表达式为：δ＝1-e-τ第二表达式为： 其中，η为结霜特征时间；所述方法还包括：存储或输出或在显示单元中显示所述低温平板干模态结霜特征曲线。

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