基于计算流体力学的风刀设计优化方法、装置和设备与流程

本发明涉及风刀设计，具体涉及一种基于计算流体力学的风刀设计优化方法、装置和设备。

背景技术：

1、风刀通常指一种工业设备，也称风刀干燥机，通过将气体喷射到物料表面，利用气流带走物料表面的水分，从而实现快速干燥的目的。相比其他干燥设备，风刀具有快速干燥、适用范围广、操作简单、生产效率高等优点。

2、在钙钛矿太阳能电池制备的过程中，钙钛矿涂布制膜是非常关键的步骤，风刀在这一过程中发挥重要的作用。风刀在钙钛矿涂布制膜过程中起着关键的干燥作用，保证钙钛矿薄膜制备过程中的均匀性和稳定性，避免出现厚薄不均匀或局部堆积的情况发生，通过对薄膜的均匀干燥和质量控制，有助于提高钙钛矿薄膜制备质量和生产效率。

3、目前，现有风刀设计方法主要是基于经验和试错，无法全面考虑流场复杂性和非线性特点，风刀设计缺乏科学指导依据，设计效率低下。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于计算流体力学的风刀设计优化方法、装置和设备，以解决风刀设计效率低下的技术问题。

2、第一方面，本发明提供了一种基于计算流体力学的风刀设计优化方法，包括：建立由风刀内流道及风刀周围环境所形成的流场计算流域的几何模型；对所述几何模型进行网格划分；基于网格划分后的所述几何模型建立流体流动数学模型；根据流场边界条件对流场进行初始化并根据流体流动数学模型对流场进行数值求解，得到流场数据；根据所述流场数据对风刀的设计参数进行优化。

3、本发明的一种基于计算流体力学的风刀设计优化方法，通过建立由风刀内流道及风刀周围环境所形成的流场计算流域的几何模型，对所述几何模型进行网格划分并建立流体流动数学模型，根据流场边界条件初始化流场并基于流体流动数学模型的流场数值进行求解，得到流场数据，从而可以全面了解流场各处的物理信息，为风刀设计及优化提供了理论指导依据，相比传统风刀设计，本发明方法缩短了设计周期，降低了人力物力成本，研究效率高，对于风刀的性能评估和优化设计具有重大意义。

4、可选地，对所述几何模型进行网格划分，包括：将所述几何模型中风刀内流道流域划分为四面体网格；将所述几何模型中除风刀内流道流域外的区域划分为六面体网格；对所述几何模型中风刀出口与所述几何模型的底部基板之间的区域以及气流变化梯度大于预设值的区域进行网格局部加密。

5、在该方式中，通过在不同流域中设置不同类型的网格并基于气流变化梯度加密网格，有利于提高对风刀出口处速度、压力等数据的计算精度。

6、可选地，所述流体流动数学模型包括流体质量守恒方程和流体动量守恒方程。

7、可选地，所述流体质量守恒方程为：

8、

9、其中，ρ为流体密度；t为运动时间；u、v、w为流体在x、y、z三个方向上的速度分量；

10、所述流体动量守恒方程为：

11、

12、其中，分别为流体在x、y、z三个方向上的流体速度矢量；p为流体所受压强；τxx、τyx、τzx、τxy、τyy、τzy、τxz、τyz、τzz为流体表面受到的不同方向的应力分量；fx、fy、fz分别为流体在x、y、z方向上受到的体力分量。

13、在该方式中，通过流体质量守恒方程和流体动量守恒方程精确模拟流体的质量和动量守恒，准确描述流体流动现象。

14、可选地，根据流场边界条件对流场进行初始化并根据流体流动数学模型对流场进行数值求解，得到流场数据，包括：根据流场边界条件对流场进行初始化并根据流体流动数学模型对流场进行数值求解；当数值求解得到的各流场数值的计算残差值均小于收敛阈值时，数值求解达到收敛标准，将此时求解得到的数值作为流场数据。

15、在该方式中，通过残差值判断是否达到收敛标准，确保数值求解的可靠性和准确性。

16、可选地，所述流场数据包括位于风刀出口正下方预设距离处的目标直线上的物理场的目标物理量数据；对应的，根据所述流场数据对风刀的设计参数进行优化，包括：根据目标直线上各点的目标物理量数据统计目标直线上的目标物理量的平均值、最大值和最小值；根据目标直线上的目标物理量的平均值、最大值和最小值计算目标物理量的均匀性值；根据所述均匀性值对风刀的设计参数进行优化。

17、通过评估风刀出口下方目标直线区域的目标物理量的均匀性值对风刀的设计参数进行优化，可以使得设计出的风刀对目标物理量具有良好的分布均匀性，风刀作用效果好。

18、可选地，目标物理量为速度，对应的，根据目标直线上的目标物理量的平均值、最大值和最小值计算目标物理量的均匀性值，包括：采用以下公式计算速度分布的均匀性值：

19、

20、式中，β为均匀性值，vaver、vmax和vmin分别为目标直线上的平均速度、最大速度和最小速度。

21、通过上述公式，可准确快速地计算均匀性值，利于提高设计效率。

22、第二方面，本发明提供了一种基于计算流体力学的风刀设计优化装置，包括：几何模型构建模块，用于建立由风刀内流道及风刀周围环境所形成的流场计算流域的几何模型；网格划分模块，用于对所述几何模型进行网格划分；数学模型建立模块，用于基于网格划分后的所述几何模型建立流体流动数学模型；数值求解模块，用于根据流场边界条件对流场进行初始化并根据流体流动数学模型对流场进行数值求解，得到流场数据；参数优化模块，用于根据所述流场数据对风刀的设计参数进行优化。

23、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的基于计算流体力学的风刀设计优化方法。

24、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的基于计算流体力学的风刀设计优化方法。

25、第五方面，本发明提供了一种计算机程序产品，包括计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行如第一方面或其对应的任一实施方式的基于计算流体力学的风刀设计优化方法。

技术特征：

1.一种基于计算流体力学的风刀设计优化方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于计算流体力学的风刀设计优化方法，其特征在于，对所述几何模型进行网格划分，包括：

3.根据权利要求1所述的基于计算流体力学的风刀设计优化方法，其特征在于，所述流体流动数学模型包括流体质量守恒方程和流体动量守恒方程。

4.根据权利要求3所述的基于计算流体力学的风刀设计优化方法，其特征在于，所述流体质量守恒方程为：

5.根据权利要求1所述的基于计算流体力学的风刀设计优化方法，其特征在于，根据流场边界条件对流场进行初始化并根据流体流动数学模型对流场进行数值求解，得到流场数据，包括：

6.根据权利要求1所述的基于计算流体力学的风刀设计优化方法，其特征在于，所述流场数据包括位于风刀出口正下方预设距离处的目标直线上的物理场的目标物理量数据；

7.根据权利要求6所述的基于计算流体力学的风刀设计优化方法，其特征在于，目标物理量为速度，对应的，根据目标直线上的目标物理量的平均值、最大值和最小值计算目标物理量的均匀性值，包括：

8.一种基于计算流体力学的风刀设计优化装置，其特征在于，包括：

9.一种计算机设备，其特征在于，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求1至7中任一项所述的基于计算流体力学的风刀设计优化方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求1至7中任一项所述的基于计算流体力学的风刀设计优化方法。

11.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行如权利要求1至7中任一项所述的基于计算流体力学的风刀设计优化方法。

技术总结本发明涉及风刀设计技术领域，公开了一种基于计算流体力学的风刀设计优化方法、装置和设备，该方法包括：建立由风刀内流道及风刀周围环境所形成的流场计算域的几何模型；对几何模型进行网格划分；基于网格划分后的几何模型建立流体流动数学模型；根据流场边界条件对流场进行初始化并根据流体流动数学模型对流场进行数值求解，得到流场数据；根据流场数据对风刀的设计参数进行优化。相比传统风刀设计，本发明方法缩短了设计周期，降低了人力物力成本，研究效率高，对于风刀的性能评估和优化设计具有重大意义。技术研发人员：葛杨俊,彭建林受保护的技术使用者：深圳市曼恩斯特科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/20