(19)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 202210573039.7 (22)申请日 2022.05.23 (71)申请人 中国计量大 学 地址 310018 浙江省杭州市学源街258号中 国计量大 学 (72)发明人 韩斌　陈红岩　叶有祥　韩俊宝　 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于CFD确认厨房中燃气报警器最佳安装位 置的方法 (57)摘要 本发明属于天然气泄漏检测领域， 涉及一种 基于CFD确认厨房中燃气报警器最佳安装位置的 方法。 具体为： 一、 三维建模； 二、 定义模型的边界 和域； 三、 划分网格； 四、 求解计算； 五、 后处理； 六、 安装燃气报警器。 本发明利用C FD技术模拟天 然气灶中的天然气在密闭厨房内以最大速率发 生泄漏， 求得在四周墙壁及天花板上符合现行行 业标准的安装区域内甲烷体积分数最先到达燃 气报警器报警设定值的坐标点， 该点为厨房中燃 气报警器最佳安装位置。 本发明填补了燃气报警 器安装区域的现行行业标准的空白， 保证在厨房 内发生天然气意外泄漏时， 燃气报警器的报警时 间最短， 这样就可以及时采取有效措施来阻止泄 漏大大降低了事故风险。 权利要求书3页 说明书8页 附图6页 CN 114841094 A 2022.08.02 CN 114841094 A 1.一种基于CFD确认厨房中燃气报 警器最佳安装位置的方法， 其特征在于： 包括以下步 骤： 步骤一： 三维建模： 测量厨房内部空间所有物体的特征和尺寸， 利用三维建模软件 Solidworks建立等比例的厨房内部空间模型； 步骤二： 边界和域的定义： 将步骤一建立的厨房 内部空间模型导入到CAD和CAE交互软 件DesignModeler 中， 定义天然气灶泄漏口为入口边界， 门缝处为出口边界， 整个模型区域 为流体域； 步骤三： 划分网格： 将步骤二中定义完边界和域的厨房内部空间模型导入网格划分软 件Meshing中， 根据所需网格质量划分网格， 并在模型边界处进行局 部网格加密， 最终得到 划分完成的网格； 步骤四： 求解计算： 将步骤三中划分完成的网格导入到计算流体力学软件Fluent中模 拟密闭厨房内天然气灶中的天然气以最大速率发生泄漏， 完成相应的求解设置后点击计算 按钮； 步骤五： 后处理： 将步骤四中Fluent求解生成的数据和案例文件导入到后处理软件 CFD‑Post中， 建立四周墙壁及天花板上的偏移基准面并在这些基准面上生成甲烷体积分数 云图； 通过观察每一秒时刻的云图并使用探针读取云图上 的数据， 求得在四周墙壁及天花 板上符合现行行业标准的安装区域内甲烷体积分数最先到达燃气报警器报警设定值的坐 标点； 步骤六： 燃气报警器的安装： 将燃气报警器安装在步骤五所得的坐标点位置， 保证燃气 报警器的几何中心与该坐标点重合， 且满足不与四周墙壁、 天花板及厨房内其它物品发生 干涉的要求； 如果满足要求， 则将燃气报警器安装在该坐标点 位置， 否则返回步骤五。 2.根据权利要求1所述的一种基于CFD确认厨房中燃气报警器最佳安装位置的方法， 其 特征在于： 步骤一中， 三维建模时应满足模型的X、 Z、 Y轴分别与厨房的长、 宽、 高方向平行， 模型的笛卡尔坐标原点与厨房的几何中心重合。 3.根据权利要求1所述的一种基于CFD确认厨房中燃气报警器最佳安装位置的方法， 其 特征在于： 步骤三中， 划分 网格开启捕捉曲率和捕捉接近度选项， 目标扭曲度设定为0.6， 光 滑程度选择高， 网格类型为四面体； 不断优化网格， 当 网格的最大扭曲度低于0.65时才 可以 导入Fluent中求 解。 4.根据权利要求1所述的一种基于CFD确认厨房中燃气报警器最佳安装位置的方法， 其 特征在于： 步骤四中， 求解计算中的求解设置包括Fluent  Launcher面板、 常规任务页面、 模 型任务页面、 材料任务页面、 单元区域条件任务页面、 边界条件任务页面、 解决方法任务页 面、 解决方案控制任务页面、 残留监视器对话框、 解决方案初始化任务页面、 计算活动任务 页面、 运行计算任务页面的设置 。 5.根据权利要求4所述的一种基于CFD确认厨房中燃气报警器最佳安装位置的方法， 其 特征在于： (1)Fluent  Launcher面板中的设置为： 双精度、 并行计算， 并行计算进程数根据计算机 处理器配置选择， 进程数越高， 计算速度越快； (2)常规任务页面的设置为： 求解算法为基于压力； 速度公式为绝对； 时间类型为瞬态； 重力加速度数值依据当地重力加速度， 方向为垂 直地面向下； 操作压力为当地大气压强值，权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114841094 A 2参考压力位置为(0,0,0)； (3)模型任务页面的设置为： 能量方程： 开启； 粘性模型： 通过计算流体雷诺数Re的大小 判断是选择层流模型还是双方程的标准 k‑epsilon湍流模型， 雷诺数的计算公式为： 其中Re为雷诺数； ρ 为密度； Vel为速度入口边界条件的速度大小， 由式(2)求得； Dh为速 度入口边界条件的水力直径； μ为 黏性系数； 如果Re≤2300， 粘性模型选择层流模型， 如果Re＞2300， 粘性模型选择为双方程的标准 k‑ε湍流模型； 组分模型： 开启组分输运模型， 但不勾选化学反应选项， 勾选入口扩散、 扩散 能源、 热扩散 选项； (4)材料任务页面的设置为： 从Fluent的材料数据库混合物类型中导入甲烷 ‑空气， 对 甲烷‑空气进行编辑， 将混合物组分中除甲烷以外的其它气体组分全部移除， 再把空气添加 进去； (5)网格区域条件 任务页面的设置为： 流体域的材 料为甲烷 ‑空气； (6)边界条件任务页面的设置为： 入口边界的边界条件为速度入口， 甲烷体积分数为1， 速度入口边界条件的速度大小的计算公式为： 其中Vel为速度； Lg为天然气灶额定体积流 量； D为灶眼孔 直径。 Lg的计算公式为： 其中W为天然气灶额定热负荷； η为天然气灶热效率； H为天然气平均发热量； 速度入口边界条件的水力直径Dh等于灶眼孔直径D， 温度Tem用红外测温仪测得； 出口边 界的边界条件为压力出口， 表压为0Pa， 回流甲烷体积分数为0， 水力直径的计算公式为： 其中D* h为压力出 口边界条件的水力直径； A为门缝 的面积； C为门缝 的周长， 温度Tem用 红外测温仪测得； 其余全部为 壁面边界条件， 温度Tem用红外测温仪测得； (7)解决方法任务页面的设置为： 选择压力 ‑速度耦合算法为PISO， 瞬态公式选择一阶 隐式； (8)解决方案控制任务页面的设置为： 各种参数的亚松弛因子根据实际试算 修改； (9)残留监视器对话框的设置为： 采用默认的残差收敛标准， 即除了能量方程为10‑6， 其 余方程均为10‑3； (10)解决方案初始化任务页面的设置为： 初始化方法选择标准初始化， 指定开始计算 的区域为入口边界； 初始化参数中将甲烷的体积分数设为0， 其余参数不变完成计算域的初 始化； (11)计算活动任务页面的设置为： 自动保存的时间步数间隔Severy的计算公式为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114841094 A 3