[發明專利]固體火箭發動機烤燃過程中熱點形成時間的獲得方法

在審

• 申請號: 202010042827.4
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111259544A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 唐強;何鵬翱;石洋;丁林;張力;楊仲卿;閆云飛;蒲超;張騰飛
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 重慶信航知識產權代理有限公司 50218
• 代理人: 吳彬

1.固體火箭發動機烤燃過程中熱點形成時間的獲得方法，包括步驟：

1)利用CFD軟件建立推進劑彈體的三維模型；

2)使用CFD軟件對所建立的模型進行網格劃分，定義網格中心點為節點；

3)在CFD軟件中設置瞬態模型；

4)在CFD軟件中添加材料屬性：設置推進劑彈體的殼體、絕熱層、推進劑材料及相關部件的熱物理學性能參數；

5)在CFD軟件中設置熱邊界條件；

6)在CFD軟件中開啟能量方程計算功能，能量方程為：

其中，ρ為物質密度，單位為kg·m^-3；c為比熱，單位為J·kg^-1·K^-1；T為溫度，單位為K；t為時間，單位為s；λ為導熱系數，單位為W·m^-1·K^-1；S為源項；其特征在于：

還包括步驟7)：按照適用于CFD軟件的編程方法編寫自定義程序，該自定義程序在執行過程中實現如下步驟：

第一步：計算推進劑彈體在各節點位置處的反應熱S′；

第二步：用反應熱S′替代能量方程中的源項S，公式為：

S＝S′

第三步：計算各節點對應網格內傳熱熱流的值Q_c，公式為：

Q_c＝ρ′Vc_p(T′-T_l)-S′

其中：ρ′為當前節點位置的物質密度，單位為kg·m³；V為當前節點對應網格的體積，單位為m³；c_p為當前節點位置物質的定壓比熱容，單位為J/(kg·K)；T′為當前節點位置的當前時刻溫度，單位為K；T_l為當前節點位置前一步長時刻溫度，單位為K；S′為反應熱，單位為J；

8)在CFD軟件的自定義函數入口載入自定義程序文件，并在CFD軟件的推進劑材料設置中，將含能材料的能量方程源項設置為該自定義程序；

9)利用CFD軟件模擬計算得到烤燃升溫、逐漸形成熱點、推進劑彈體由熱點處爆炸的過程，以及不同時刻彈體各個節點位置的溫度參數以及傳熱熱流；

10)從模擬結果中提取爆炸前一秒的推進劑彈體內部節點的溫度數據，溫度最高的節點就是熱點，該節點的位置坐標就是熱點的位置坐標；

11)調取熱點位置坐標處在整個烤燃過程中不同時間點的傳熱熱流數據，找到熱點位置坐標處傳熱熱流為正且值最近0的第一時間點，并找到熱點位置坐標處的傳熱熱流為負且值最近0的第二時間點，通過線性插值法，求得傳熱熱流為0的時間點，該時間即為熱點的形成時間。

2.根據權利要求1所述的烤燃過程中熱點形成時間的獲得方法，其特征在于：

所述的自定義程序是通過阿累尼烏斯公式計算推進劑彈體在節點位置處的反應熱S′，阿累尼烏斯公式如下：

其中：ρ′為當前節點位置的物質密度，單位為kg·m³；V為當前節點對應網格的體積，單位為m³；Z為反應的指前因子，單位為s^-1；E為反應活化能，單位為kJ·mol^-1；T′為當前節點位置當前時刻的溫度，單位為K；R為通用氣體常數，R＝8.314J·mol^-1·K^-1；Q為推進劑的化學反應熱，單位為kJ/kg；S′為反應熱，單位為J。