基于Clabao软件的高架板压降的分析
通过上期的公 众 号我们了解到在传统洁净室中，气流通过高架板时会产生一定的压降，无论是从理论上的达西-维依斯巴赫公式，还是从实际的监测中，我们都可以得知对于相同开孔率的高架板而言，随着高架板上方风速的增加，压降也在增加。
本期我们首先从控制方程上解释高架板阻力特性的影响因素，再利用Clabso软件研究高架板压降的大小与厚度的关系，最终对比Clabso软件和经验公式之间的计算结果。
在CFD模拟中，孔板一般都是按照多孔介质模型来处理。本质上，多孔介质模型仅仅是在纳维-斯托克方程上附加了一个动量源项，如（1）式所示。
其中是附加的动量方程源项，其包含两个部分：粘性损失项(达西项)和惯性损失项(压力损失项)如(2)式所示。
其中是空气运动粘性系数，是渗透性系数，是惯性阻力系数，也称为压力损失系数，对于高速运动，气流惯性力占优势时，由于惯性力与速度的平方成正比，达西定律就不再适用了。如果模拟多孔板或管束系统，通常可忽略渗透项，仅考虑惯性损失项，则相应的源项方程简化为：
其中是惯性阻力系数，也称为压力损失系数，这里需要指出是流动方向单位长度的损失系数，对于沿Z轴方向厚度为，多孔介质区域的压力损失如下：
同上期一样我们设计的计算模型如图1，红色面为上吹风FFU面，粉色半透明实体为壁面，蓝色实体为高架板。在高架板上下设置监测面，读取计算完成后监测面的压力值，并计算出压降，监测面位置如图2所示，上监测面距离高架板上方40mm，下监测面距离高架板下方40mm。
图1.计算模型
图2.监测面位置
我们设计一组相同开孔率的高架板，且高架板迎风面面积同为600mm*600mm，高架板在Z方向的厚度变化范围是10mm—70mm，变化间隔为10mm，给定上部FFU风速0.4m/s。在Clabso软件中模拟这样一组实验，并通过后处理模块读取压降，对应的监测数据记录如下：
表1.不同厚度的高架板压降记录表：
根据监测数据我们可以拟合出压降与厚度关系的曲线图(如图3），由图3我们可以看出压降与厚度线性相关，同样我们也可以从公式(4)中看出压降与厚度成线性正相关的关系，所以Clabso软件的计算是准确的。
图3.压降与厚度关系曲线图
已知某型号高架板迎风面面积为60mm*600mm，厚度为50mm，开孔率为17%，压降的阻力系数等于58。为测定Clabso软件对该型号高架板的阻力系数的设定，我们改变通过该型号高架板风速的大小，并设定图2所示的监测面，监控气流通过高架板前后的压力变化。监测数据如下表所示：
表2.不同风速的高架板压降记录表：
根据Clabso软件计算结果我们可以拟合出压降与速度关系的曲线图(如图4），由图4中的拟合公式我们可以得出压降与速度的平方成正比，同样我们也可以从公式(3)中看出压降与速度的平方成正比的关系。对比公式(3)和图4拟合出的公式我们可知，其中为空气密度，等于，我们可以反推出，与经验系数之间的误差为2.91%。
图4.压降与速度的关系曲线图
通过上面的两组实验，我们用Clabso软件证实了在相同开孔率和风速的情况下，压降与高架板的厚度线性相关。同时我们也用Clabso软件测定了厚度为50mm，开孔率为17%的高架板的压降，可以看出Clabso软件所计算出的压降与实际测量的压降是非常接近的，误差小于5%，而且由Clabso软件计算出的结果反推的压降阻力系数与经验系数之间的误差小于3%。可见Clabso软件对于洁净室高架板部位压降的模拟具有很高的精度和可靠性，有助于设计人员进行精准的气流模拟，优化洁净室内部结构。
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