【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于流体力学，尤其涉及基于流变仪仿真的微结构尺寸参数优化方法、系统及产品。
技术介绍
1、本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
2、流变仪作为常用的测试微结构减阻效果的检测方式，以其精度高、检测效果优异、使用便捷而广泛使用。然而，目前缺少流变仪测试微结构减阻性能并对微结构参数进行优化的仿真方法。
3、在航空、船舶、运输等领域广泛存在着流体阻力，减小这些阻力可以有效地提高能源效率，节约能源。水泵等旋转机械作为能源消耗大户，被广泛地应用在工农业生产的各个领域。利用仿生微结构对流体阻力进行降低是一种广泛应用的方法。
4、目前通常使用有限体积法仿真来对微结构减阻性能进行预测和分析，然而流变仪作为测量微结构减阻的常用实验方法，却缺少对其的仿真预测及设计优化方法。
技术实现思路
1、为了解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题，本专利技术提供基于流变仪仿真的微结构尺寸参数优化方法、系统及产品，其对简化后的流变仪建立模型，并将其与具有微结构的表面相结合，利用有限体积法对流变仪测试减阻的情况进行仿真模拟可以大幅降低实验成本以及实验次数，分析其减阻机理与减阻率的对应关系，并且利用仿真与正交分析相结合以指导微结构的参数设计和结构优化。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术的第一方面提供基于流变仪的微结构参数优化仿真方法，包括如下步骤：
4、根据流变仪的
5、基于微结构尺寸参数的取值范围设计正交表；
6、基于正交表和构建的流变仪测试微结构减阻效果仿真模型，对不同微结构参数进行流体动力学仿真，得到不同微结构参数尺寸下的流场信息；
7、对不同微结构参数尺寸下的流场信息，进行不考虑各微结构参数间交互作用的方差分析，得到不同微结构参数尺寸在流变仪不同转速下对减阻率和壁面剪切力的影响趋势；
8、对不同微结构参数尺寸下的流场信息，进行考虑各微结构参数交互作用的响应曲面拟合，将不同微结构参数尺寸在流变仪不同转速下对减阻率和壁面剪切力的影响趋势作为因变量，优化得到流变仪不同转速下对应的最优微结构尺寸参数。
9、进一步地，微结构参数的取值范围的计算公式为：
10、，
11、,
12、，
13、其中，即为无量纲化的微结构参数，是具有量纲的结构尺寸；是流体的运动粘度；是壁面剪切速度；是壁面剪切应力；为流体的密度；为水力直径。
14、进一步地，所述基于微结构参数的取值范围设计正交表包括：设计得到的正交表为三因素五水平正交表，三因素对应三个变量，即微结构的底、间距、高，五水平代表每个变量有五个不同的取值，根据正交表确定不同仿真的微结构参数。
15、进一步地，流变仪测试微结构减阻效果仿真模型的尺寸的确定包括：转子的建模尺寸和整体流域尺寸直径和转子直径、转子底面样品和转子直径之间的关系。
16、进一步地，对不同微结构参数进行流体动力学仿真时，包括仿真参数的确定，所述仿真参数包括边界条件、采用的算法、模型的精度及收敛条件、网格的划分和网格的精度验证。
17、进一步地，所述对不同微结构参数进行流体动力学仿真，得到不同微结构参数尺寸下的流场信息，包括：
18、针对流场过轴线的微结构的截面，提取微结构边缘处的速度沿y坐标的变化规律，分析其速度梯度，提取率大于转子部分的湍流动能沿y坐标的变化规律，分析其湍流动能。
19、进一步地，以具有间距的等腰三角形作为微结构，选取的微结构参数包括三角形的底、高和间距。
20、进一步地，减阻率根据统计转子受到的扭矩计算得到，所受的壁面剪切力根据壁面剪切力对待测样品的上表面进行积分得到。
21、本专利技术的第二方面提供基于流变仪的微结构参数优化仿真系统，包括：
22、微结构参数初步确定模块，其用于根据流变仪的整体尺寸选取微结构参数，计算微结构参数尺寸的取值范围；
23、正交表设计模块，其用于基于微结构尺寸参数的取值范围设计正交表；
24、正交仿真模块，其用于基于正交表和构建的流变仪测试微结构减阻效果仿真模型，对不同微结构参数进行流体动力学仿真，得到不同微结构参数尺寸下的流场信息；
25、参数优化模块，其用于对不同微结构参数尺寸下的流场信息，进行不考虑各微结构参数间交互作用的方差分析，得到不同微结构参数尺寸在流变仪不同转速下对减阻率的影响趋势；对不同微结构参数尺寸下的流场信息，进行考虑各微结构参数交互作用的响应曲面拟合，将不同微结构参数尺寸在流变仪不同转速下对减阻率的影响趋势作为因变量，优化得到流变仪不同转速下对应的最优微结构尺寸参数。
26、本专利技术的第三方面提供一种计算机可读存储介质。
27、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的基于流变仪的微结构参数优化仿真方法中的步骤。
28、本专利技术的第四方面提供一种计算机设备。
29、一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的基于流变仪的微结构参数优化仿真方法中的步骤。
30、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
31、1、本专利技术对简化后的流变仪进行模型的建立，并将其与具有微结构的表面相结合，利用有限体积法对流变仪测试减阻的情况进行仿真模拟可以大幅降低实验成本以及实验次数，分析其减阻机理与减阻率的对应关系，并且利用仿真与正交分析相结合以指导微结构的参数设计和结构优化。
32、2、本专利技术通过建立流变仪与微结构表面相结合的模型，研究了不同结构参数、不同转速下微结构的减阻率，从速度、湍流动能等方面分析了其减阻机理，弥补了流变仪减阻实验没有仿真分析机理的缺陷。
33、3、本专利技术通过指定壁面剪切力（specified shear）模拟水平面、指定移动壁面（moving wall）模拟转子的方式，更加贴合流变仪实验过程的实际情况，与实验数据偏差为10%以下，具有指导意义。
34、4、本专利技术通过方差分析与响应曲面分析相结合，得出了流变仪不同转速下的更贴合实际的最优微结构减阻参数以及减阻率随结构参数的变化规律，从而得到流变仪不同转速下对应的最优微结构尺寸参数。
35、本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
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1.基于流变仪仿真的微结构参数优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于流变仪仿真的微结构参数优化方法，其特征在于，微结构参数的取值范围的计算公式为：
3.如权利要求1所述的基于流变仪仿真的微结构参数优化方法，其特征在于，设计得到的正交表为三因素五水平正交表，三因素对应三个变量，即微结构的底、间距、高，五水平代表每个变量有五个不同的取值，根据正交表确定不同仿真的微结构参数。
4.如权利要求1所述的基于流变仪仿真的微结构参数优化方法，其特征在于，流变仪测试微结构减阻效果仿真模型的尺寸的确定包括：转子的建模尺寸和整体流域尺寸直径和转子直径、转子底面样品和转子直径之间的关系。
5.如权利要求1所述的基于流变仪仿真的微结构参数优化方法，其特征在于，对不同微结构参数进行流体动力学仿真时，包括仿真参数的确定，所述仿真参数包括边界条件、采用的算法、模型的精度及收敛条件、网格的划分和网格的精度验证。
6.如权利要求1所述的基于流变仪仿真的微结构参数优化方法，其特征在于，所述对不同微结构参数进行流体动力学仿真，得到不
7.如权利要求1所述的基于流变仪仿真的微结构参数优化方法，其特征在于，以具有间距的等腰三角形作为微结构，选取的微结构参数包括三角形的底、高和间距。
8.如权利要求1所述的基于流变仪仿真的微结构参数优化方法，其特征在于，减阻率根据统计转子受到的扭矩计算得到，所受的壁面剪切力根据壁面剪切力对待测样品的上表面进行积分得到。
9.基于流变仪仿真的微结构参数优化系统，其特征在于，包括：
10.一种程序产品，所述程序产品为计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一项所述的基于流变仪仿真的微结构参数优化方法中的步骤。
...【技术特征摘要】
1.基于流变仪仿真的微结构参数优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于流变仪仿真的微结构参数优化方法，其特征在于，微结构参数的取值范围的计算公式为：
3.如权利要求1所述的基于流变仪仿真的微结构参数优化方法，其特征在于，设计得到的正交表为三因素五水平正交表，三因素对应三个变量，即微结构的底、间距、高，五水平代表每个变量有五个不同的取值，根据正交表确定不同仿真的微结构参数。
4.如权利要求1所述的基于流变仪仿真的微结构参数优化方法，其特征在于，流变仪测试微结构减阻效果仿真模型的尺寸的确定包括：转子的建模尺寸和整体流域尺寸直径和转子直径、转子底面样品和转子直径之间的关系。
5.如权利要求1所述的基于流变仪仿真的微结构参数优化方法，其特征在于，对不同微结构参数进行流体动力学仿真时，包括仿真参数的确定，所述仿真参数包括边界条件、采用的算法、模型的精...
【专利技术属性】
技术研发人员：满佳，袁志祎，苏常伟，王雪仁，高晟耀，邹振海，李建勇，张艳涛，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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