[发明专利]一种流体通道的设计、计算方法

说明书

技术领域

本技术方案属于流体力学的基础技术领域，具体是一种流体通道的设计、计算方法。

背景技术

现有技术中流体通道的应用广泛，其设计要求也很高，因为，合理的流体通道具有合理的流体力学特性，可以实现相同流动状态下，能耗(该能耗包括抵抗流体的能耗及流体自身的能耗)最低，效果更好，效率最高。

例如，在汽车等的冷却系统的结构中，如图6所示，其中，迎面风产生的冷却气流从汽车前面过来，通过汽车前面罩9中的格珊进风口，进入水箱4的前面；然后吹拂热的水箱、冷凝器表面，把水箱、冷凝器表面的热量带走，从而起冷却作用。通过计算，发现进风口的面积比较小，进风口的面积只有水箱面积的29.9％，将影响冷却系统的安装效率系数，影响冷却系统的冷却能力。

为了解决这个问题，现有技术中，专门在水箱前面的下部安装了导风罩，如图7所示。把绕过保险杠下面的迎面气流，导引到水箱前面吹拂水箱，对水箱起冷却作用。虽然迎风面积增加了，但如果流体的流动状态不好，仍然是满足不了冷却系统的要求的。因此仍然需要采取一些措施，来提高进风效率。在条件限制苛刻的情况下，提高进风效率的难度是很大的。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种流体通道的设计和计算方法，具体技术方案如下：

一种流体通道的设计、计算方法，是按照流体和通道之间的相互作用力以最佳的形式安排，分三个阶段分别设计：

1)流体和通道内壁表面开始接触阶段的设计：

通道内壁表面曲线的导数dⁿy/dxⁿ作为通道内壁表面的参数；所述导数是二阶导数或高阶导数；

设通道内壁表面曲线起始点的导数dⁿy/dxⁿ等于零，并按直线关系平滑增加，使得本阶段的工作质量最理想；

2)流体在通道内壁表面持续流动的阶段的设计：

设该阶段，所述导数dⁿy/dxⁿ为一个常数，使气流和工作曲面的冲击尽可能的小；

3)流体对应的导数dⁿy/dxⁿ减小阶段的设计：

本阶段是步骤1)的第一个阶段的反向过程，即让导数dⁿy/dxⁿ按直线关系下降最后等于零；

4)通过上述三个阶段得到导数dⁿy/dxⁿ对应曲线，再用n次曲线将该导数dⁿy/dxⁿ对应曲线中不圆滑的连接处平滑连接起来，最后得到理想工作曲线；

5)理想工作曲线对应上述四个步骤，分为五个区间；

6)把上面得到的理想工作曲线形状沿X轴对称得到理想工作曲线的负曲线，再把该负曲线向前整体移动，并与理想工作曲线首尾相接，就构成完整的理想工作曲线；该完整的理想工作曲线总共由十个区间、由十个函数曲线构成；

7)将各个区间的函数方程，进行n次积分，得到完整的理想工作曲线的各个区间的曲线方程；

8)在各个曲线方程函数的取值区间，输入一系列x数值，代入各个区间的曲线方程就得到通道内壁表面理想曲线；

9)把理想曲线在垂直于坐标平面的方向上，上下移动到所需要的宽度，或者把理想曲线绕某一个旋转轴旋转，得到一个扇形曲面或封闭的圆曲面，就得到了所需要的理想曲面。

所述导数dⁿy/dxⁿ优选二阶导数d²y/dx²，即n＝2；

步骤1)中，二阶导数是标志能量交换的通道内壁表面的参数；

步骤2)中，二阶导数为一个常数，使气流和工作曲面的冲击尽可能的小，从而减少噪声、减少能量损失。

所述步骤6)中，十个方程的来源和依据是，从工作性能、效率和能量转换最理想的工作要求，而写出来的十个方程。

按照类似的思路，也可以写出另一种十五个方程组或二十个方程组；未知数也不一定是现在的36个，可能是50或者80个，函数的形式也不一定是二次方程，也可以是三次方程、四次方程或更多方次的方程，最后都可以把曲线解出来，付之实用。因此，除了现在已经使用过的平面形状以外的任何曲面，都在本技术方案保护范围之内。