(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211357103.4 (22)申请日 2022.11.01 (71)申请人 中国工程物理研究院计量测试中心 地址 621999 四川省绵阳市绵山路64 号 (72)发明人 蔡杰　廖维　袁汉　何鹏　平根　 胡远首　 (74)专利代理 机构 中国工程物理研究院专利中 心 51210 专利代理师 任正平 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于CFD的便携式大腔体温湿度发生器 优化方法 (57)摘要 本申请公开了一种基于CFD的便携式大腔体 温湿度发生器优化方法， 该方法基于实验测试与 仿真计算相结合的方式进行温湿度发生器的优 化设计， 该方法中引入流体动力学方程组描述待 优化温湿度发生器腔体内部的温度和湿度流场 变化规律， 通过密度、 黏度等物理量建立流体动 力学方程组与热传递方程和水分输送扩散方程 之间的耦合 关系， 通过在实际待优化温湿度发生 器的腔体内部布置少量温湿度传感器并结合多 物理场耦合模型即可实现待优化温湿度发生器 腔体内部温湿度场分布情况， 并最后利用模拟结 果指导温湿度发生器优化设计， 降低了便携式大 腔体温湿度发生器的研制成本， 避免资源浪费， 并提高了其研制效率。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 115526089 A 2022.12.27 CN 115526089 A 1.一种基于 CFD的便携式大腔体温湿度发生器优化方法， 其特 征在于， 所述方法包括： S1： 根据待优化的温湿度发生器建立基于非等温流动和水分输送的三维多物理场耦合 模型； S2： 对上述 三维多物理场耦合模型进行网格划分和材 料物性参数的设置； S3： 确定上述多物理场耦合模型有限元分析的边界条件和初始条件； S4： 仿真计算得到不同时刻待优化温湿度发生器的温度和相对湿度暂态分布曲线； S5： 通过实验测量获取待优化温湿度发生器的温湿度分布实测曲线， 利用实测曲线和 S4中仿真得到的分布曲线， 对待优化温湿度发生器的三 维多物理场耦合模型进 行验证与优 化； S6： 利用S5中最终优化得到的三维多物理场耦合模型进行温湿度发生器的优化设计， 得到能够满足技 术指标要求的温湿度发生器最佳设计参数组合。 2.根据权利要求1所述的基于CFD的便携式大腔体温湿度发生器优化方法， 其特征在 于， 所述S1包括： S11： 在COMSOL  Multiphysics软件中建立待优化温湿度发生器的三维结构模型， 所述 三维结构模型的尺寸 为待优化温湿度发生器的1/2； S12： 在S11中的三维结构模型上耦合k ‑ε湍流模型、 固体和流体传 热模型以及空气中水 分输送模型作为求解器， 并耦合MRES算法作为求解算法， 得到待优化的温湿度发生器的三 维多物理场耦合模型。 3.根据权利要求1所述的基于CFD的便携式大腔体温湿度发生器优化方法， 其特征在 于， 所述S2中网格划分如下： S2‑1： 将S1中的三维多物理场耦合模型自动生成多面体网格， 设置网格尺寸 为Size； S2‑2： 将三维多物理场耦合模型中的空气与固体的边界部分设置为边界层网格， 并将 边界层网格进行角细化， 设置拆分角度为J； S2‑3： 进一步细化三维多物理场耦合模型中各个局部结构的网格， 设置进一步细化的 网格尺寸 为Size1； S2‑4： 对划分后的网格进行验证， 确定网格划分是否合格， 若不合格则需要对网格进一 步细化， 直至合格。 4.根据权利要求3所述的基于CFD的便携式大腔体温湿度发生器优化方法， 其特征在 于， 所述S2 ‑4中， 网格划分合格判断的条件是： 在定解条件下， 待优化温湿度发生器的腔体 内壁面的空气努塞尔数变化小于1％时， 认定网格划分合格。 5.根据权利要求1所述的基于CFD的便携式大腔体温湿度发生器优化方法， 其特征在 于， 所述S2中材料物 性参数为： 温湿度发生器的各局部结构的材料以及材料的密度、 动力粘 度、 导热系数和恒压热容。 6.根据权利要求1所述的基于CFD的便携式大腔体温湿度发生器优化方法， 其特征在 于， 所述S3中的边界条件包括但不限于： 自然对流换热边界条件、 流固耦合边界条件、 开放 边界和绝热边界条件； 初始条件包 括： 环境温度Tamb、 待优化温湿度发生器的进气口空气流速为v0、 进气口空气 温度为Tf、 进气口空气相对湿度为RH以及温湿度发生器指定的最终相对湿度RHf。 7.根据权利要求1所述的基于CFD的便携式大腔体温湿度发生器优化方法， 其特征在权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115526089 A 2于， 所述S4中计算温度和相对湿度暂态分布的过程包括： S41： 根据待优化的温湿度发生器的设计指标要给 出其温度控制模块的热源函数： 式中， t为时间， 单位 为min， Theat为热源温度， 其 值取决于供电功率； S42： 利用热原函数计算k ‑ε湍流模型的稳态解， 并将k ‑ε湍流模型的速度场稳态解分别 设置为三维多物理场耦合模型中固体和 流体传热中的速度场和空气中的水分输送模型中 的速度场； S43： 将三维多物理场耦合模型中的其他参数均设置为与待优化温湿度发生器相同的 参数， 利用设置好的模型计算得到不同时刻 待优化温湿度发生器的仿 真温度和相对湿度暂 态分布。 8.根据权利要求1所述的基于CFD的便携式大腔体温湿度发生器优化方法， 其特征在 于， 所述S5包括： S51： 获取待优化温湿度发生器的温湿度分布实测曲线， 依次在待优化温湿度发生器 中 设置15组温度和相对湿度检测点， 每组测试共计60min， 测试间隔为1min， 在温湿度发生器 的测试室不同位置处固定安装4只无线温湿度传感器， 每间隔1min测试并记录4只无线温湿 度传感器的数据， 得到不同时间下4条温度曲线和4条相对湿度的实测曲线； S52： 分别计算温度和相对湿度实测曲线与对应的仿真曲线之间的相对误差平均值和 相关系数， 并判断仿真模型 的计算结果是否有效， 若无效则需进一步优化三维多物理场耦 合模型， 直至模型有效， 若 有效则利用该模型进行温湿度发生器的优化设计。 9.根据权利要求1所述的基于CFD的便携式大腔体温湿度发生器优化方法， 其特征在 于， 所述S6包括： S61： 改变待优化温湿度发生器的部分参数； S62： 利用参数化扫描计算不同参数下待优化温湿度发生器的测试室内温度分布和湿 度分布均匀的时间； S63： 根据响应时间最优， 得到满足技术指标要求的待优化温湿度发生器的最佳设计参 数组合。 10.根据权利要求9所述的基于CFD的便携式大腔体温湿度发生器优化方法， 其特征在 于， 所述部分参数包括待优化温湿度发生器的测试室的长度l和高度h、 进气口的空气流速 为v0以及内部循环风扇的流速v0。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115526089 A 3