[发明专利]基于温控阀内流场的流体回路数值模拟方法、系统及介质

权利要求书

1.一种基于温控阀内流场的流体回路数值模拟方法，其特征在于，包括：

步骤1：使用三维设计软件对温控阀进行参数化建模；

步骤2：抽取温控阀腔内的流体域；

步骤3：对三维流场进行网格划分，并进行网格相关性验证；

步骤4：建立驱动泵、热沉、辐射器和管路模型，实时计算管路内各个节点的温度、压力和流速值；

步骤5：编译联动仿真分析软件Fluent的UDF和Matlab/Simulink的M函数，实现不同温控阀开度下流量和压力的数据交换；

步骤6：迭代计算，调试PID参数直到控温点温度稳定在预设范围以内，根据控温效果选择合适的控温点；

步骤7：对仿真结果进行可视化分析；

所述步骤4包括：

步骤4.1：工质首先通过热传导和对流换热将热量传输至蛇形管壁，管壁再通过热传导将热量传输至面板，最终由辐射面板通过辐射换热的方式将热量排散至空间环境；辐射器的动态特性为：

蛇形管路的动态特性为：

辐射板A、B进出口流体工质的温度关系为：

G_Ac_fA(T_A1-T_A2)＝h_A32A_A32(T_fA-θ_A2)(5)

G_Bc_fB(T_B1-T_B2)＝h_B32A_B32(T_fB-θ_B2)(6)

上式中m_A1、m_B1、c_A1、c_B1、θ_A1、θ_B1、A_A1、A_B1分别为辐射板A、B的质量、热容、温度和面积；α_A、α_B、ε_A、ε_B分别为辐射板A、B的吸收率和发射率；q_A、q_B分别为辐射板A、B的外热流密度；h_A21、h_B21、A_A21、A_B21分别为辐射板A、B和对应蛇形管路之间的等效换热系数和接触面积；θ₀为空间环境温度，取4K；m_A2、m_B2、c_A2、c_B2、θ_A2、θ_B2、A_A2、A_B2分别为蛇形管路A、B的质量、热容、温度和面积；h_A32、h_B32、A_A32、A_B32为流体工质A、B与对应蛇形管路A、B的等效换热系数与换热面积；G_A、G_B、c_fA、c_fB分别为蛇形管路A、B内流体工质的质量流量和热容；T_A1、T_B1、T_A2、T_B2分别为辐射板A、B进出口处工质的温度；T_fA、T_fB为辐射板A、B内工质的平均温度；

步骤4.2：热沉是流体回路系统中负责收集载荷热耗的部件，热沉表面温度相同，被控对象的动态特性为：

热沉的动态特性方程为：

热沉进出口流体工质温度的关系如下：

h₁₂A₁₂(θ₂-T_f1)＝G_fc_f(T₂-T₁)(11)

上式中m₁、c₁、θ₁分别为被控对象的质量、热容和温度；m₂、c₂、θ₂为热沉的质量、热容和温度；G_f和c_f为流体工质的质量流量和热容；T₁为热沉进口工质的温度；T₂为热沉出口工质的温度；T_f为热沉内工质的平均温度，且Q₁为被控对象的热耗；h₁₁和A₁₁为热沉与被控对象的等效换热系数与换热面积；h₁₂和A₁₂为热沉与流体工质的等效换热系数与换热面积；

步骤4.3：管路包覆多层隔热组件，忽略管路与周围环境的换热，此时管路的传递函数为一阶惯性加纯延时环节，惯性环节的时间常数T_pipe和延迟时间τ通过实验曲线整定，表达式为：

其中，s为复变量；

步骤4.4：驱动泵与流体回路的热量关系式满足：

Q_pump＝(1-η)UI(14)

其中，Q_pump为驱动泵产生的热量，η为驱动泵的工作效率，U为工作电压，I为工作电流。