[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

说明书

本发明提供了一种基于温控阀内流场的流体回路数值模拟方法、系统及介质，包括：对温控阀进行参数化建模；抽取温控阀腔内的流体域；对三维流场进行网格划分，并进行网格相关性验证；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；编译联动Fluent的UDF和Matlab/Simulinkd的M函数，实现不同温控阀开度下流量和压力的数据交换；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；对仿真结果进行可视化分析。该方法能够精确模拟流体回路温控阀的实际工作流阻，得到更加合适的控温方案和PID控制参数，为温控阀的多参数设计提供平台指导。

技术领域

本发明涉及航天器热控技术领域，具体地，涉及一种基于温控阀内流场的流体回路数值模拟方法、系统及介质。

背景技术

流体回路系统作为航天器主动热控技术中的一种重要方式，利用机械泵驱动工质强制对流循环来进行热量控制。由于其换热能力强、便于结构布局、易于组织内部换热、安全可靠等特点，在国内外的许多航天器上都得到了广泛的应用。流体回路一般由内外两个回路组成，温控阀通过调节两个回路的工质流量，实现航天器内部热量转移的控制，满足航天器热控目标多样化的需求。

国内外一般使用Flowmaster和Matlab等软件仿真模拟流体回路运行。地面试验发现，温控阀与流体回路的流阻系数存在不匹配的现象，温控阀的内流场结构与流体回路控制策略息息相关。原因在于流体回路驱动泵流量和扬程存在一定关系，温控阀开关运动时流体回路流阻发生变化，导致驱动泵输出流量发生变化。因此，目前的单软件仿真得到的流阻系数与实际运行差别较大，导致温控阀控制能力受限，甚至控温策略失效。

专利文献CN101052469A(申请号：CN200580037969.5)公开了一种生物化学领域微流体槽道盒定时协议的方法和结构创新，而本发明提供了航天器热控制领域流体回路仿真技术。

专利文献CN104375531A(申请号：CN201410602694.6)公开了一种适应单相流体回路的组合温度控制系统及方法。本发明与之相比的创新在于提出了新型交互式流体回路数值模拟方法，搭建了基于温控阀的流体回路多参数仿真平台。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于温控阀内流场的流体回路数值模拟方法、系统及介质。

根据本发明提供的基于温控阀内流场的流体回路数值模拟方法，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/Simulinkd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。

优选的，所述步骤1包括：

步骤1.1：根据用户需求选择型谱化温控阀产品；

步骤1.2：对温控阀内流道结构进行参数化建模，选取出口阀腔宽度、进口阀腔宽度、进出口阀腔直径、V型槽槽深和V型槽开口角作为滑阀内流道建模的设计参数。

优选的，所述步骤2包括：

步骤2.1：将温控阀模型保存为.stp等文件格式，导入Spaceclaim软件中；