[發(fā)明專利]一種固體推進(jìn)劑廢料切割處理的數(shù)值仿真方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010944304.9
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112069745B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳福振;嚴(yán)紅
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14;G06F111/10
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11385
• 代理人: 王月松

本發(fā)明涉及一種固體推進(jìn)劑廢料切割處理的數(shù)值仿真方法及系統(tǒng)。該方法包括：建立射流噴嘴幾何模型和固體推進(jìn)劑幾何模型；建立前混合磨料水射流的液體?固體顆粒兩相流物理模型；建立固體推進(jìn)劑的動(dòng)力學(xué)控制方程；選取磨料、水、固體推進(jìn)劑三種材料參數(shù)；采用SPH方法對所述前混合磨料水射流的液體?固體顆粒兩相流物理模型進(jìn)行離散；采用SPH方法對所述固體推進(jìn)劑的動(dòng)力學(xué)控制方程進(jìn)行離散；建立時(shí)間積分格式；根據(jù)所述射流噴嘴幾何模型、固體推進(jìn)劑幾何模型、離散后的兩相流物理模型、離散后的固體推進(jìn)劑的動(dòng)力學(xué)控制方程采用時(shí)間積分格式進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算，得到不同時(shí)刻的場變量。本發(fā)明能夠迅速精確的確定場變量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固體推進(jìn)劑廢料切割處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種固體推進(jìn)劑廢料切割處理的數(shù)值仿真方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在軍工技術(shù)作業(yè)中，對固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的“處廢”是一項(xiàng)難度極大、技術(shù)含量極高、安全系數(shù)較低的工作。如何能夠有效的將發(fā)動(dòng)機(jī)中的固體推進(jìn)劑去除，同時(shí)又保障一定的安全系數(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的有效回收利用，是科研和技術(shù)人員解決的難題之一。傳統(tǒng)或者采用刀具切割的方法，需要人工近距離的作業(yè)，不僅推進(jìn)劑的藥物傷害身體，同時(shí)推進(jìn)劑遭受機(jī)械作用后極易引發(fā)燃燒、爆炸等事故；或者采用高壓水射流的方式進(jìn)行切割，雖然降低了切割溫度，但是該技術(shù)切割效率極低，易導(dǎo)致氣溶膠集聚，增加次生災(zāi)害發(fā)生的幾率。而前混合磨料水射流在此背景下逐漸發(fā)展起來，作為一種全新的現(xiàn)代切割技術(shù)，通過將高壓水與磨料事先混合形成液固兩相高能束流進(jìn)行固體推進(jìn)劑的切割，既有效降低了出口壓力，又提高了切割過程的安全系數(shù)，是一種極具潛力的切割技術(shù)。

前混合磨料水射流切割固體推進(jìn)劑廢料過程中，磨料的配比如何調(diào)整、噴嘴的尺寸如何優(yōu)化、出口的壓力多少最為合適、固體推進(jìn)劑的切割斷面是什么樣子的等等問題均需要深入研究。研究方法常用的主要有兩種：一種是基于實(shí)驗(yàn)的直接觀測的方法，該方法直接通過搭建實(shí)驗(yàn)臺，采用高速攝影、粒子圖像測速、激光紋影等方法，對磨料射流切割固體推進(jìn)劑的全過程進(jìn)行光學(xué)測量，獲得切割過程中的細(xì)節(jié)以及切割的效果。該方法的主要缺點(diǎn)是：(1)需要專門的場地開展實(shí)驗(yàn)；(2)需要占用大量的人力、物力和財(cái)力；(3)實(shí)驗(yàn)的周期長，同時(shí)會經(jīng)常出現(xiàn)失敗情況，需要反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步增加成本；(4)測試過程中很多不確定性因素?zé)o法控制，因此獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有時(shí)與真實(shí)過程存在一定的差別。另一種是理論研究的方法，該方法通過分析磨料射流形成的機(jī)理、固體推進(jìn)劑損傷破壞的機(jī)理、流動(dòng)與傳熱的機(jī)理等建立理論預(yù)測模型，對改進(jìn)優(yōu)化后的結(jié)果進(jìn)行預(yù)估。該方法存在的主要缺點(diǎn)是：(1)機(jī)理的分析依賴于實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)無法捕捉到的現(xiàn)象，在進(jìn)行機(jī)理分析的過程中就會存在盲點(diǎn)，影響理論模型的準(zhǔn)確性；(2)理論模型中通常包含有很多人工參量，預(yù)測結(jié)果的精度與這些人工參量息息相關(guān)，影響結(jié)果的客觀性；(3)通過理論模型只能獲得最終的結(jié)果和結(jié)論，無法獲得動(dòng)力學(xué)過程中的細(xì)節(jié)，無法動(dòng)態(tài)捕捉切割過程中的典型現(xiàn)象，預(yù)估的結(jié)果與實(shí)際經(jīng)常存在較大的差別。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種固體推進(jìn)劑廢料切割處理的數(shù)值仿真方法及系統(tǒng)，能夠迅速精確的確定場變量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種固體推進(jìn)劑廢料切割處理的數(shù)值仿真方法，包括：

建立射流噴嘴幾何模型和固體推進(jìn)劑幾何模型；

建立前混合磨料水射流的液體-固體顆粒兩相流物理模型；

建立固體推進(jìn)劑的動(dòng)力學(xué)控制方程；

選取磨料、水、固體推進(jìn)劑三種材料參數(shù)；

采用SPH方法對所述前混合磨料水射流的液體-固體顆粒兩相流物理模型進(jìn)行離散；

采用SPH方法對所述固體推進(jìn)劑的動(dòng)力學(xué)控制方程進(jìn)行離散；

建立時(shí)間積分格式；