基于動網格技術的正弦壓力研究

張忠立, 徐子翼, 倪玉山, 王 燦, 張進明

(1.復旦大學, 上海 200433; 2.上海市計量測試技術研究院, 上海 201203)

1 引 言

近年來,壓力傳感器的動態性能越來越受到科學研究和工業生產領域的關注[1,2]。考察壓力傳感器動態性能的標準壓力信號源分為周期性與非周期性2種類型,而正弦壓力信號是最為典型和常用的周期性標準壓力信號。正弦壓力發生器是產生正弦壓力信號的關鍵。目前,主要分為活塞式[3]、轉盤式[4]、射流式[5]、駐波管[6]等。鑒于正弦壓力在動態壓力測試領域中的重要性,已有眾多的科研工作者對各種原理的正弦壓力發生器開展了研究與分析。然而,現有的文獻表明[3～6],以往對正弦壓力的研究仍然是基于傳統的經驗數值,設計正弦壓力發生器的結構,缺乏結構的優化與討論。

因此,有必要采用數值仿真手段,減少正弦壓力發生器的結構優化與重復試驗的成本。以轉盤式正弦壓力發生器為例,采用動網格技術[7]、RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)方程[8]和Spalart Allmaras湍流模型[9],對不同的壓力發生腔尺寸和工作頻率進行三維瞬態流場的數值仿真。

2 模型理論與動網格技術應用

2.1 正弦壓力發生器模型與理論

2.1.1 轉盤式正弦壓力發生器模型

圖1 轉盤式正弦壓力發生器簡化模型Fig.1 The simplified model of the rotating disk type of sinusoidal pressure generator

轉盤式正弦壓力發生器是屬于出口面積調制型,其核心就是利用轉盤的旋轉運動,產生周期性的出口面積變化,繼而引起周期性的氣體壓力變化[10]。

2.1.2 基于MATLAB的交界面理論及優化

根據轉盤式正弦壓力發生器的模型設計,產生正弦壓力信號的最重要的基礎條件就是排氣孔與正弦壓力腔底部孔之間的排氣面積變化規律。……