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双加热湿度传感器的CFD分析与加热策略设计

作　者: 杨杰
导　师: 刘清惓
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 双加热湿度传感器加热策略计算流体动力学高空气象观测瞬态分析
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

双加热湿度传感器可实现大气湿度连续探测,为了提高双加热湿度传感器的响应速度,需将其裸露在探空仪外部,与气流直接接触。此时,液滴、冰晶等水凝物覆盖在双加热湿度传感器表面,容易导致其测量精度和响应速度降低。为了提高测量精度和响应速度,有必要对双加热湿度传感器进行除湿处理。本文采用Pro/E建立四种尺寸的双加热湿度传感器三维模型；利用ICEMCFD中模块化的方法对模型进行分网,得到了较高的网格质量,降低了计算时间,提高了计算精度；利用计算流体动力学(CFD)方法,稳态分析模拟出两个湿度传感器不同间距下的相互影响情况,利用瞬态分析模拟出升温时间和降温时间特性。仿真实验结果表明,在探空仪上升速度为6m/s的条件下,尺寸为6mm×4mm×0.625mm的双加热湿度传感器之间的最小距离为3mm；尺寸为3mmx2mm×0.5mm的最小距离为1.5mm；尺寸为1.5mm×1mm×0.4mm的最小距离为1mm；尺寸为0.75mm×0.5mm×0.4mm的最小距离为0.8mm。根据仿真实验结果,针对尺寸为6mm×4mm×0.625mm的双加热湿度传感器,高空和低空模式分别采用温度降幅为40℃和46℃的测量周期；尺寸为3mm×2mm×0.5mm的高空和低空模式分别采用温度降幅为42℃和48℃的测量周期；尺寸为1.5mm×1mm×0.4mm和0.75mm×0.5mm×0.4mm的高空和低空模式均采用温度降幅为48℃的测量周期。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
第一章绪论  8-17
  1.1 高空湿度探测的挑战性问题  8-9
  1.2 湿度传感器研究进展  9-15
    1.2.1 国内湿度传感器研究进展  10-12
    1.2.2 国外湿度传感器研究进展  12-15
  1.3 本文的主要工作  15-17
第二章计算流体动力学基础理论  17-29
  2.1 无线电探空仪  17-18
  2.2 双加热湿度传感器加热功率加载方案  18
  2.3 计算流体动力学  18-22
    2.3.1 CFD的三大控制方程  19-20
    2.3.2 CFD的基本思想  20-21
    2.3.3 CFD分析中使用的网格划分方法  21-22
    2.3.4 CFD的数值计算方法  22
  2.4 流固耦合传热  22-24
  2.5 计算流体动力学软件FLUENT  24-29
    2.5.1 稳态算法与瞬态算法  25-26
    2.5.2 可压缩流体与不可压缩流体  26
    2.5.3 定常流与非定常流  26
    2.5.4 层流与湍流  26-27
    2.5.5 SIMPLE算法  27-28
    2.5.6 边界条件  28-29
第三章物理模型的建立及求解参数的设定  29-37
  3.1 双加热湿度传感器建模及网格划分  29-32
    3.1.1 双加热湿度传感器建模  29-31
    3.1.2 双加热湿度传感器网格划分  31-32
  3.2 双加热湿度传感器物性参数  32-33
  3.3 双加热湿度传感器外部气象环境的确定  33-34
  3.4 双加热湿度传感器流固耦合传热理论分析  34-35
  3.5 边界条件及计算方法  35-37
    3.5.1 边界条件的设定  35
    3.5.2 计算方法  35-37
第四章双加热湿度传感器CFD仿真分析  37-59
  4.1 不同简化模型对比  37-38
  4.2 双加热湿度传感器的间距对传热的影响  38-43
  4.3 双加热湿度传感器稳定段加热功率  43-46
  4.4 双加热湿度传感器升温时间与降温时间  46-54
    4.4.1 升温时间  46-50
    4.4.2 降温时间  50-54
  4.5 双加热湿度传感器测量周期  54-59
第五章加热策略设计  59-62
  5.1 加热策略  59
  5.2 加热策略设计  59-62
第六章总结与展望  62-65
  6.1 论文工作总结  62-63
  6.2 初步解决的问题  63-64
  6.3 后续研究设想及展望  64-65
参考文献  65-69
致谢  69-70
作者简介  70

双加热湿度传感器的CFD分析与加热策略设计

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