[發(fā)明專利]尾噴焰紅外光譜輻射強(qiáng)度隨視向角擬合計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910251195.X
• 申請(qǐng)日: 2019-03-29
• 公開（公告）號(hào): CN109948284B
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 包醒東;毛宏霞;王振華;余西龍;肖志河
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京環(huán)境特性研究所
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20
• 代理公司: 北京格允知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11609
• 代理人: 張沫;譚輝

1.一種尾噴焰紅外光譜輻射強(qiáng)度隨視向角擬合計(jì)算方法，其特征在于：包括如下步驟：

(1)實(shí)測(cè)獲取或利用精細(xì)建模方法計(jì)算得到尾噴焰正側(cè)向的紅外光譜輻射特性曲線；

(2)根據(jù)所述尾噴焰的控制狀態(tài)參數(shù)，計(jì)算流場(chǎng)特征參數(shù)；

(3)建立尾噴焰的各組分氣體吸收系數(shù)變化函數(shù)、尾噴焰的線寬隨波數(shù)變化函數(shù)和尾噴焰的溫度變化函數(shù)，迭代計(jì)算溫度隨波數(shù)變化曲線，優(yōu)化所述紅外光譜輻射特性曲線；

(4)將視向角和優(yōu)化后的紅外光譜輻射特性曲線通過統(tǒng)計(jì)譜帶的解析模型，計(jì)算得到各視向角上的紅外光譜輻射強(qiáng)度；

所述步驟(2)包括：

當(dāng)膨脹比k≤1.1時(shí)，計(jì)算所述尾噴焰的邊界條件，包括擴(kuò)散的最大半徑R_{plume_max}和擴(kuò)散的長(zhǎng)度L_{plume_max}：

首先計(jì)算尾噴焰核心區(qū)的長(zhǎng)度L_{plume_core}：

L_{plume_core}＝17.3(M_0.5)^0.135(ρ_exit/ρ_0.5)^0.717(R_exit)

式中，M_0.5為馬赫數(shù)等效中值；ρ_exit為發(fā)動(dòng)機(jī)噴管出口處的密度；ρ_0.5為密度等效中值；R_exit為發(fā)動(dòng)機(jī)噴管出口的半徑；其中：

上述式中，U_exit為發(fā)動(dòng)機(jī)噴管出口處的速度；h_0.5為焓等效中值；r_0.5為半徑等效中值；h_env為環(huán)境來流的焓值；h_exit為發(fā)動(dòng)機(jī)噴管出口處的焓值；m_exit為發(fā)動(dòng)機(jī)噴管出口處分子的摩爾質(zhì)量；m_env為環(huán)境氣體分子的摩爾質(zhì)量；R為氣體常數(shù)；為發(fā)動(dòng)機(jī)噴管出口處氣體定壓比熱；為環(huán)境氣體定壓比熱；

其次，當(dāng)所述擴(kuò)散的長(zhǎng)度L_{plume_max}大于所述尾噴焰核心區(qū)的長(zhǎng)度L_{plume_core}時(shí)，軸向位置x處的速度由下式計(jì)算：

U(x)＝U_exit(L_{plume_core}/x)^β

式中，x為軸向位置；β為指數(shù)因子；其中：

所述軸向位置x處的半徑為：

R(x)＝R_exit(-ln(1-Δ))^1/2(ρ_exit/ρ(x))^1/2(U_exit/U(x))

式中，Δ為發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)量通量的確定系數(shù)；ρ(x)為所述軸向位置x處的密度；其中：

令：

U(L_{plume_max})＝max{aU_exit,U_env}

式中，U(L_{plume_max})為軸向位置x＝L_{plume_max}時(shí)的速度；a為尾噴焰流動(dòng)趨于結(jié)束時(shí)，軸向速度下降到發(fā)動(dòng)機(jī)噴管出口速度的倍數(shù)；

計(jì)算所述擴(kuò)散的長(zhǎng)度L_{plume_max}：

當(dāng)膨脹結(jié)束時(shí)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)量通量的確定系數(shù)Δ的值，在軸向位置x＝L_{plume_max}時(shí)，計(jì)算出所述擴(kuò)散的最大半徑R_{plume_max}；

當(dāng)膨脹比k＞1.1時(shí)，計(jì)算所述尾噴焰的邊界條件，包括擴(kuò)散的最大半徑R_{plume_max}和擴(kuò)散的長(zhǎng)度L_{plume_max}：

首先計(jì)算尾噴焰出口處邊界對(duì)應(yīng)的膨脹角：

δ＝θ_exit+Δν

式中，δ為發(fā)動(dòng)機(jī)噴管出口處膨脹角；θ_exit為發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的擴(kuò)張半角；Δν為非粘性流動(dòng)的轉(zhuǎn)角，即尾焰膨脹到環(huán)境壓強(qiáng)下的轉(zhuǎn)動(dòng)角；其中：

Δν＝ν₁-ν_exit

上述式中，ν₁為流動(dòng)由燃燒室壓強(qiáng)P_chamber膨脹到環(huán)境壓強(qiáng)P_env時(shí)的普朗特-邁耶爾角；ν_exit為流動(dòng)由燃燒室壓強(qiáng)P_chamber膨脹到噴管出口壓強(qiáng)P_exit時(shí)的普朗特-邁耶爾角；γ_e為發(fā)動(dòng)機(jī)噴管出口處氣體的比熱比；M_env為環(huán)境來流的馬赫數(shù)；M_exit為發(fā)動(dòng)機(jī)噴管出口處的馬赫數(shù)；

當(dāng)尾焰的長(zhǎng)度大于核心區(qū)的長(zhǎng)度L_{plume_core}時(shí)，軸向位置x處的速度為：

U(x)＝U_exit(L_mach/x)^β

式中，L_mach為尾噴焰的馬赫盤位置；

令：

U(L_{plume_max})＝max{aU_exit,U_env}

式中，U(L_{plume_max})為軸向位置x＝L_{plume_max}時(shí)的速度；a為尾噴焰流動(dòng)趨于結(jié)束時(shí)，軸向速度下降到發(fā)動(dòng)機(jī)噴管出口速度的倍數(shù)；

計(jì)算所述擴(kuò)散的長(zhǎng)度L_{plume_max}：

當(dāng)膨脹結(jié)束時(shí)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)量通量的確定系數(shù)Δ的值，在軸向位置x＝L_{plume_max}時(shí)，計(jì)算出所述擴(kuò)散的最大半徑R_{plume_max}。