[發明專利]一種高空噴焰流場的預估方法

有效

• 申請號: 201710371012.9
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107273584B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 毛宏霞;包醒東;傅德彬;吳杰;鄭立
• 申請（專利權）人: 北京環境特性研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司 11609
• 代理人: 張沫

本發明公開了一種高空噴焰流場的預估方法，步驟有：(1)計算高空噴焰射流中任意位置的流動屬性，包括密度、速度、溫度和能量；(2)對高空噴焰射流分子運動過程進行求解；(3)通過點源強度，求解空間任意位置的組分分子數密度、宏觀速度和溫度隨噴口徑向尺寸和周向角度的定積分形式，獲得相應高空噴焰射流參數；(4)判斷高空噴焰流的伴隨流狀態，若有進入到射流邊界并產生碰撞，則構建稀薄大氣伴隨流對所述高空噴焰射流的影響。本發明極大地提升了高空噴焰流場的仿真效率。

技術領域

本發明涉及仿真技術領域，尤其涉及一種高空噴焰流場的預估方法。

背景技術

目前DSMC(直接模擬蒙特卡洛)方法是實現高空噴焰流場仿真的主要方法。對于動目標的高空噴焰流場仿真而言，DSMC方法通過有限個仿真分子的運動狀態來獲得稀薄氣體流動的宏觀結果，是目前求解稀薄氣體流動應用最為廣泛的一種方法,但是DSMC方法在求解高空噴焰時存在一些問題：1)計算域通常依據計算條件和關注區域來決定，對于高空噴焰流動，由于噴焰擴散范圍很廣，因此需要足夠大的計算域來處理；2)DSMC方法要求每個網格中的仿真分子數為20-30個來保證宏觀量具有統計意義，更為明確的結論表述為，即碰撞對間的平均間隔與平均自由程相比不能太大，由于發動機噴管出口的壓強和密度較高，僅噴管出口附近就需近千萬的網格，難以實現對高空噴焰的精確數值仿真。

發明內容

針對上述現有技術存在的缺陷，本發明提供一種高空噴焰流場的預估方法，以點源模型的自由分子流為基礎，對噴焰各組分的分子流和環境來流分子流進行守恒性疊加處理，實現高空噴焰流場的快速、高效的仿真計算，解決了以往基于DSMC方法噴焰流場計算效率低的問題。

本發明提供的一種高空噴焰流場的預估方法，其改進之處在于，所述預估方法包括如下步驟：

(1)建立高空噴焰射流中任意位置的射流參數，包括數密度、速度和溫度；

(2)對所述高空噴焰射流分子運動過程進行求解；

(3)通過點源強度，求解空間任意位置的組分分子數密度、宏觀速度和溫度隨噴口徑向尺寸和周向角度的定積分形式，獲得相應所述射流參數；

(4)判斷所述高空噴焰流的伴隨流狀態，若有進入到射流邊界并產生碰撞，則計算稀薄大氣伴隨流(等效為目標的飛行速度”)對所述高空噴焰射流的影響值。

優選的，建立步驟(1)中的所述射流參數的公式為：

設xz平面內的任一位置P(x,0,z)，則密度計算公式為：

ρ_i＝m_i(n_ic+n_i)；

式中，為所述位置P(x,0,z)第i種組分的數密度；n_ic為伴隨流的數密度；n_i為所述高空噴焰的一種組分的氣體到達所述位置P(x,0,z)時的數密度；ρ_i為所述位置P(x,0,z)第i種組分的密度；m_i為所述位置P(x,0,z)第i種組分的分子質量；ρ為所述位置P(x,0,z)所有組分的密度之和，即此位置的總密度；

速度計算公式為：

式中，U為所述位置P(x,0,z)的x軸方向速度；U_c為伴隨流的x軸方向速度(由于伴隨流徑向速度為0，其等于伴隨流的速度)；U_i為高空噴焰的軸向速度；V_i為高空噴焰的y軸徑向速度；V為所述位置P(x,0,z)y軸徑向速度；

溫度計算公式為：