(19)中华 人民共和国 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 202111426016.5 (22)申请日 2021.11.26 (71)申请人 西安西电高压开关操动机构有限责 任公司 地址 710077 陕西省西安市高新区瞪羚谷 24号 申请人 中国西电 电气股份有限公司 (72)发明人 张泾全　牛信强　李欢　邰雪峰　 周艺璇　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 代理人 贺小停 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01)G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 113/04(2020.01) (54)发明名称 一种操动机构温湿度场数值仿真方法及系 统 (57)摘要 本发明公开了一种操动机构温湿度场数值 仿真方法及系统， 该方法根据典型操动机构的工 况特性和结构特性， 在CFX中建立典型操动机构 的气热湿多场耦合仿真模型， 根据操动机构的实 际运行工 况， 仿真获得不同环 境温度和湿度情况 下典型操动机构箱体内的温度场和湿度场分布， 通过后处理获得操动机构箱 体内的最低温度、 最 大湿度以及加热器表面的最高温度。 该仿真方法 可以较快地获得典型操动机构箱体内的运行情 况并提供可视化展示， 为操动机构设计的合理性 提供验证。 基于该仿真方法， 通过改变加热器尺 寸和功率进行进一步的数值仿真， 获得加热器尺 寸和功率对操动机构箱体内运行情况的影响规 律， 为操动机构加热器参数的选择和设计提供技 术参考。 权利要求书3页 说明书9页 附图5页 CN 114117675 A 2022.03.01 CN 114117675 A 1.一种操动机构温湿度场数值仿真方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1： 根据典型操动机构的结构特点， 对操动机构几何模型进行简化， 建立包含操动机构 箱体内空气、 环境空气以及各固体零件的简化几何模型， 并给各关键结构参数命名， 录制自 动化参数化建模的宏文件； S2： 将简化几何模型进行操动机构箱体外流体域、 操动机构箱体内流体域和固体域的 非结构化网格划分， 得到网格模型， 录制自动化网格划分的宏文件； S3： 将网格模型进行数值仿真计算， 建立相应的外部流体域、 内部流体域和固体域， 将 各计算域的交界面设置为耦合面， 并设置各计算域相 应的边界条件， 根据真实湿空气的物 性参数修正数值仿真计算的空气和蒸汽材料属 性， 进行求解设置并生成仿真定义文件， 导 出自动化前处 理的命令流文件； S4： 基于对所述仿真定义文件进行操动机构箱体内温度场和湿度场的数值仿真； S5： 进行仿真结果处理， 自定义相对湿度计算公式， 求出操动机构箱体内最低温度、 最 大湿度以及加热器表面的最高温度， 导出自动化后处 理的命令流文件； S6： 整理录制的自动化建模、 网格划分、 前处理和后处理的宏文件和命令流文件， 编写 自动化建模、 网格划分、 前 处理和后处理的命令行文件， 进 行操动机构箱体内温湿度场的快 速仿真。 2.根据权利要求1所述的一种操动机构温湿度场数值仿真方法， 其特征在于， 所述S1 中， 对操动机构几何模型进 行简化时， 去掉与机构相比尺寸较小的零件， 并将所有倒圆角简 化为直角； 采用UG软件进行参数化建模， 在UG软件工具菜单的表达式选项中对操动结构的各关键 结构参数命名， 导出*.exp格式的表达式文件， 并将第一次参数化建模的过程录制为*.vb格 式的宏文件。 3.根据权利要求1所述的一种操动机构温湿度场数值仿真方法， 其特征在于， 所述S2 中， 将简化几何模型各区域整体导入Workbench的Meshing模块进行非结构化网格划分， 进 一步细化曲面和边 缘区域的网格； 根据操动机构箱体内各区域最小结构尺寸的1/5确定最小网格尺寸， 最大网格尺寸取 各区域最大尺寸的1/100， 网格增长比为1.2， 对于内部流体网格， 增加边界层网格， 第一层 网格根据y+值确 定； 将完成的网格模型导出为*.cgns格式的网格模型； 录制第一次网格划 分的过程， 生成并导出*.rpl格式的自动化网格划分脚本文件。 4.根据权利要求1所述的一种操动机构温湿度场数值仿真方法， 其特征在于， 所述S3 中， 将网格模型导入CFX前处理模块中， 建立新的湿空气混合材料； 根据实际空气的物性参 数修改CF X中自带的理想空气材 料， 具体如下： 空气动力粘度计算公式为： 空气热导 率计算公式为： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114117675 A 2空气定压比热容计算公式： cp＝0.2348T+93 6.95 式中： μ0为0℃时气体的动力粘度， T0为参考温度， λ0为0℃时气体的热导率， S为 Sutherland常数。 5.根据权利要求4所述的一种操动机构 温湿度场数值仿真方法， 其特征在于， 所述S3具 体包括： 在CFX前处理模块中导入内流体域、 固体域和外流体域的网格模型， 建立相应的内部流 体域、 固体域和外部流体域， 内外部流体域均选择新建的湿空气并给定相应的空气/蒸汽的 组分； 建立内流体域与固体域的交界面以及固体域与外流体域的交界面， 两个交界面均为流 固交界面， 交界面设置为具有连续的温度和热通 量； 建立内流体域和外流体域之间的流流交界面， 交界面设置为具有相同的温度和流量； 将外流体域的四个侧面和顶面设置为开口条件， 给定环境 温度、 压力和湿度； 在加热器的固 体域内设置 子域， 并给定体热流密度； 初始化内流体域和外流体域的温度、 压力和湿度； 设置求解步数和收敛准则； 生成仿真 定义文件， 最后导出*.c cl格式的自动化前处 理命令流文件。 6.根据权利要求1所述的一种操动机构 温湿度场数值仿真方法， 其特征在于， 所述S4具 体包括： 打开仿真定义文件， 在CFX求解模块中进行操动机构箱体内温度场和湿度场的数值仿 真； 并设置并行运 算求解， 指定已有计算结果 为初始迭代文件。 7.根据权利要求1所述的一种操动机构 温湿度场数值仿真方法， 其特征在于， 所述S5具 体包括： 在CFX后处理模块中进行仿真结果处理， 自定义绝对湿度SH和相对湿度RH的计算公式， 绝对湿度SH＝0.0025 e0.0817T， 相对湿度RH＝100 ×ms/SH， ms为数值结果文件中的蒸汽质量分 数； 通过CFX后处理模块自带函数求出操动机构箱体内最低温度、 最大湿度以及加热器表 面 的最高温度， 导出*.cst格式的自动化后处 理的命令流文件。 8.一种操动机构温湿度场数值仿真系统， 其特 征在于， 包括： 模型简化模块， 用于根据典型操动机构的结构特点， 对操动机构几何模型进行简化， 建 立包含操动机构箱体内空气、 环境空气以及各固体零件的简化几何模型， 并给各关键结构 参数命名， 录制自动化 参数化建模的宏文件； 网格划分模块， 用于将简化几何模型进行操动机构箱体外流体域、 操动机构箱体内流 体域和固体域的非结构化网格划分， 得到网格模型， 录制自动化网格划分的宏文件； 数值仿真模块， 用于将网格模型进行数值仿真计算， 建立相应的外部流体域、 内部流体 域和固体域， 将各计算域的交界面设置为耦合面， 并设置各计算域相应的边界条件， 根据真 实湿空气的物性参数修正数值仿真计算的空气和蒸汽材料属性， 进行求解设置并生成仿真 定义文件， 导出自动化前处理的命令流文件； 基于对所述仿真定义文件进行操动机构箱体 内温度场和湿度场的数值仿 真； 进行仿 真结果处理， 自定义相对湿度计算 公式， 求出操动机 构箱体内最低温度、 最大湿度以及加热器表面的最高温度， 导出自动化后处理的命令流文 件；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114117675 A 3