多孔介质

将未定义的零件变成多孔介质,并定义其特征以进行仿真。

  1. 在 Fluids 功能区,选择多孔介质工具。

  2. 将一个或多个未定义的零件选为多孔介质。
  3. 在小对话框中,定义多孔介质的特征。
    选项 说明
    缩孔方向 可选择各向同性或单向渗透。
    流动方向 点击 按钮,然后选择多孔介质上的一个面来指示流体的流动方向。
    注: 只有选中单向缩孔后,此控制才会激活。
    移动 点击 按钮,然后使用移动工具改变流体流经多孔介质的角度。
    注: 只有选中单向缩孔后,此控制才会激活。
    比热 输入多孔介质的比热。
    传导率 输入多孔介质的传导率。
    缩孔 输入多孔介质的缩孔。
    粘滞阻力 输入多孔介质的粘性阻力系数。
    惯性阻力 输入多孔介质的惯性阻力系数。
  4. 可选: 如果还不知道多孔介质的粘性阻力和惯性阻力,可以用 Python 脚本计算。
    1. 在功能区菜单中,选择查看 > Python 窗口,或在键盘上键入 fn+F4
      将打开 Python 窗口。
    2. 在 Python 窗口中输入以下代码,运行压力损失计算:
      import numpy as np
      import matplotlib.pyplot as plt
      
      ########## Begin User Inputs ##########
      fluid_viscosity    = 1.781e-5  # 流体的动态粘滞度 [N·s/m2]
      fluid_density      = 1.225     # 流体密度 [kg/m^3]
      porous_zone_length = 0.1       # 多孔区域长度 [m]
      
      # 压力与速度数据
      velocity = np.array([0.0, 0.1, 0.2, 0.3])          # 流体速度 u [m/s]
      pressure_loss = np.array([0.0, 0.01, 0.02, 0.04])  # 多孔区域压力差 ΔP [N/m2]
      
      ########## End User Inputs ##########
      
      # 使用 ΔP = A * u + B * u^2 进行抛物线拟合
      coefficients = np.polyfit(velocity, pressure_loss, 2)
      B = coefficients[0]
      A = coefficients[1]
      
      delta_p_fit = A * velocity + B * velocity**2
      plt.scatter(velocity, pressure_loss, color='red', label='data')
      plt.plot(velocity, delta_p_fit, label=f'fitting: ΔP = {A:.4f} * u + {B:.4f} * u^2', color='blue')
      
      plt.xlabel('Velocity u [m/s]')
      plt.ylabel('Pressure Loss ΔP [Pa]')
      plt.title('Pressure Loss vs. Velocity')
      plt.legend()
      plt.grid(True)
      plt.show()
      
      # 计算 d 时将 A 限定为正值
      d = max(0, A) / (fluid_viscosity * porous_zone_length)
      f = 2 * B / (fluid_density * porous_zone_length)
      
      # 打印系数
      print(f"Curve-fit Coefficients A = {A:.4f}, B = {B:.4f}")
      print(f"Viscous  Resistance = {d:.6f} 1/m^{2}")
      print(f"Inertial Resistance = {f:.6f} 1/m")
      然后,用自己的数据替换 fluid_viscosityfluid_densityporous_zone_lengthvelocity = np.array 系列,和pressure_loss = np.array 系列。

      或者

      输入以下代码,运行穿孔板计算:
      import numpy as np
      
      ########## Begin User Inputs ##########
      
      # 穿孔板的物理参数
      porosity              = 0.8  # porosity, dimensionless, 0 < eps <= 1. Do not use 0.
      hole_diameter         = 0.003  # 圆孔直径 [m]
      porous_zone_thickness = 0.025  # 多孔区域厚度 [m]
      
      ########## End User Inputs ##########
      
      K = porosity * hole_diameter * hole_diameter * porous_zone_thickness / (32 * porous_zone_thickness + 15 * hole_diameter)
      
      laminar_flow = True
      if (laminar_flow): 
        # 如果流动是层流
        alpha = 3 * (1 - porosity) / (4 * porosity * porosity * porous_zone_thickness)
      else: 
        # 如果流动是湍流
        delta_over_D = porous_zone_thickness / hole_diameter
        alpha = 9 * (6 * delta_over_D - 5 * delta_over_D * delta_over_D) / (40 * porosity * porosity * porous_zone_thickness)
      
      viscous_resistance = 1 / K
      inertial_resistance = 2 * max(0, alpha)
      
      # 打印系数
      print(f"Coefficients K = {K:.8f}, alpha = {alpha:.8f}")
      print(f"Viscous Resistance = {viscous_resistance:.6f} 1/m^{2}")
      print(f"Inertial Resistance = {inertial_resistance:.6f} 1/m")
      然后,用自己的数据替换 porosity, hole_diameter,和 porous_zone_thickness
    3. Enter 键。
    4. 将粘滞阻力和惯性阻力的结果复制到小对话框中各自的字段中。
    有关 Python 脚本和 Inspire 的更多信息,请参见 Inspire Python API