[發(fā)明專利]一種多噴嘴陣列液氮噴霧設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011527008.5
• 申請(qǐng)日: 2020-12-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112632824B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王鑫;張雪飛;顧亮亮;李雙書(shū);李炳秀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06F30/28;G06F119/08;G06F113/08
• 代理公司: 北京航信高科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11526
• 代理人: 劉傳準(zhǔn)

本申請(qǐng)屬于熱試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多噴嘴陣列液氮噴霧設(shè)計(jì)方法，包括步驟S1、選取低溫管路中的噴霧段作為計(jì)算模型，所述噴霧段的入口在真實(shí)模型中的多噴嘴出口上游位置；步驟S2、對(duì)所述計(jì)算模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；步驟S3、構(gòu)建液氮噴霧模型，所述液氮噴霧模型基于給定的各噴嘴陣列方案的試驗(yàn)參數(shù)對(duì)管路中的連續(xù)相及液氮液滴離散相進(jìn)行計(jì)算，獲得噴霧段管路的截面降溫曲線；步驟S4、根據(jù)所述降溫曲線選取噴嘴陣列方案。本申請(qǐng)通過(guò)低溫管路中多噴嘴陣列的液氮噴霧降溫模擬，給出多噴嘴陣列的布置方案和各個(gè)噴嘴的流量分配方式，提高了液氮利用率和溫度控制精度，加快了試驗(yàn)周期，降低了試驗(yàn)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)屬于熱試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多噴嘴陣列液氮噴霧設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

在飛機(jī)的座艙蓋加溫加載疲勞試驗(yàn)中，需要對(duì)座艙蓋的試驗(yàn)件進(jìn)行降溫，通常是在低溫管路中采用噴嘴對(duì)管路中空氣進(jìn)行降溫，再通過(guò)管路中的低溫氣體與座艙蓋試驗(yàn)件進(jìn)行低溫?fù)Q熱，實(shí)現(xiàn)座艙蓋試驗(yàn)機(jī)的降溫載荷譜。然而通常的低溫試驗(yàn)中受制于氮?dú)馄康臍鈮耗芰ο拗疲瑢?dǎo)致采用單噴嘴時(shí)的液氮流量不夠大，造成低溫管路中的降溫效果并不理想，管路中的空氣溫度難以降下來(lái)，進(jìn)而導(dǎo)致座艙蓋試驗(yàn)件的溫度不能實(shí)現(xiàn)降溫載荷譜；而噴嘴數(shù)量的過(guò)多又會(huì)造成噴嘴噴出的液氮液滴之間相互干涉、碰撞，會(huì)導(dǎo)致管路中的溫度控制效果不理想且影響溫度控制精度；并且不合理的多噴嘴陣列布置方案一方面會(huì)導(dǎo)致液氮的利用率降低，造成液氮資源的浪費(fèi)，增大試驗(yàn)的計(jì)算成本；另一方面，還會(huì)造成管路中截面的空氣溫度場(chǎng)均勻性較差，降低試驗(yàn)件與管路中的低溫氣體的對(duì)流換熱性能。

此外，對(duì)于同一個(gè)多噴嘴陣列的布置方案中，各個(gè)噴嘴的流量分配方式不同也會(huì)產(chǎn)生不同的降溫效果，不合理的流量分配方式同樣會(huì)造成較差的降溫效果，較低的溫度控制精度，因此需要采用一種合理的計(jì)算方法來(lái)設(shè)計(jì)多噴嘴陣列的布置方案，并給出合理的各個(gè)噴嘴的流量分配方式。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N多噴嘴陣列液氮噴霧設(shè)計(jì)方法，主要包括：

步驟S1、選取低溫管路中的噴霧段作為計(jì)算模型，所述噴霧段的入口在真實(shí)模型中的多噴嘴出口上游位置；

步驟S2、對(duì)所述計(jì)算模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；

步驟S3、構(gòu)建液氮噴霧模型，所述液氮噴霧模型基于給定的各噴嘴陣列方案的試驗(yàn)參數(shù)對(duì)管路中的連續(xù)相及液氮液滴離散相進(jìn)行計(jì)算，獲得噴霧段管路的截面降溫曲線；

步驟S4、根據(jù)所述降溫曲線選取噴嘴陣列方案。

優(yōu)選的是，步驟S1中，所述噴霧段前方設(shè)置有長(zhǎng)度不低于噴霧段入口直徑兩倍的前過(guò)渡段，后方設(shè)置有長(zhǎng)度不低于噴霧段出口直徑兩倍的后過(guò)渡段。

優(yōu)選的是，步驟S1中，所述噴霧段的管路的壁面面積和周長(zhǎng)與真實(shí)模型的相對(duì)誤差控制在5％以內(nèi)。

優(yōu)選的是，步驟S3中，管路中的連續(xù)相低溫空氣采用歐拉法進(jìn)行求解，采用湍流方程對(duì)流體流動(dòng)過(guò)程進(jìn)行計(jì)算；液氮噴霧的液氮液滴離散相采用拉格朗日法對(duì)液滴的軌跡方程關(guān)于時(shí)間積分求解。

優(yōu)選的是，步驟S3中，所述在進(jìn)行液氮液滴離散相計(jì)算時(shí)，包含液氮噴霧過(guò)程中液氮液滴之間的碰撞過(guò)程和蒸發(fā)相變過(guò)程，其中，碰撞的結(jié)果依據(jù)碰撞液滴的韋伯?dāng)?shù)大小來(lái)判斷，蒸發(fā)過(guò)程中，設(shè)定質(zhì)量限制參數(shù)和溫度限制參數(shù)，當(dāng)液滴的蒸發(fā)質(zhì)量大于液滴的質(zhì)量限制參數(shù)或液滴的溫度變化大于溫度限制參數(shù)時(shí)，對(duì)該液滴采用熱-質(zhì)耦合方程求解。

優(yōu)選的是，步驟S3中，給定的各噴嘴陣列方案的試驗(yàn)參數(shù)包括：噴霧流量、液氮溫度、液氮液滴的粒徑分布。

優(yōu)選的是，所液氮液滴的粒徑分布采用粒度儀進(jìn)行測(cè)量，并將獲得的粒徑質(zhì)量分布統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，獲取噴霧模型中的粒徑分布相關(guān)參數(shù)，液氮的溫度采用低溫傳感器測(cè)量噴嘴出口液氮溫度獲得；液氮流量采用低溫試驗(yàn)中的低溫流量計(jì)測(cè)量獲得。

優(yōu)選的是，步驟S4中，根據(jù)所述降溫曲線選取噴嘴陣列方案包括：