[發明專利]一種基于FLUENT仿真的爆震激光推力器分析方法

有效

• 申請號: 202011621232.0
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112651083B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 檀朝彬;展先彪;王正一;李凌霄;孟令坤;辛尚青;鄭國浩;朱磊;付智超;梁爽;朱亞琦;曹燁彤
• 申請（專利權）人: 北華航天工業學院
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/17;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 李興林

1.一種基于FLUENT仿真的爆震激光推力器分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，根據爆震模式工作過程中的激光吸收波階段和后續沖擊波衰減階段確定控制方程；具體包括：

相應的熱流也簡化為：

式中U為守恒變量矢量，E、F分別為柱坐標系下x,r方向上的對流通量，Ev、Fv分別為x,r方向上的粘通量，G、Gv分別為無粘部分和有粘部分由于采用柱坐標系產生的源項，W為物理化學過程造成的質量和能量源項，q_x、q_r分別是總熱流和振動熱流，q_n為熱流q合并各內能模式后總的熱傳導和擴散熱流，ρ為混合氣體總密度，p為混合氣體的壓力，u、v分別為兩個坐標方向上的速度分量，H為單位質量混合氣體的焓，τ為應力張量；

S2，構建自定義函數UDF，用于FLUENT計算過程中的激光能量設置、動邊界設置和等離子參數調整；

S3，建立拋物線模型，利用Gambit軟件進行建模，選取網格類型劃分網格，設置邊界條件，輸出case文件；

S4，打開FLUENT軟件，將case文件導入到FLUENT軟件中；

S5，檢測網格，檢查劃分的網格是否正確并設定網格單位；

S6，FLUENT軟件導入自定義函數UDF；

S7，選擇正確的輻射模型、能量模型和湍流模型，并設置材料屬性和流場壓力、溫度；

S8，在FLUENT中，進行動網格計算，選中動網格計算模塊，并設置動網格總體計算參數及模式；

S9，選擇求解方法，確定求解精度；

S10，邊界初始化并設置迭代參數，利用FLUENT求解器進行計算；

S11，查看殘差圖，速度、壓力和溫度圖。

2.根據權利要求1所述的基于FLUENT仿真的爆震激光推力器分析方法，其特征在于，所述步驟S2中構建自定義函數UDF，用于FLUENT計算過程中的激光能量設置、動邊界設置和等離子參數調整，具體包括：

激光能量的注入：采用瞬時能量注入模型,等離子體電離完全且沒有能量損失，激光脈沖能量以一定的沉積效率被等離子體完全吸收，等離子體形狀為一球體，假設半徑為r，則得出公式：

其中，能量轉化效率為η＝40％；

動邊界計算：在FLUENT中要進行動邊界計算，需要選中動網格計算模塊，利用UDF中的DEFINE_CG_MOTION宏用來編寫實現功能；

等離子方程的實現：利用FLUENT中的通用求解宏DEFINE_ADJUST來修改流場物理量并進行計算積分，DEFINE_ADJUST主要是對整個流場進行積分，然后通過對計算結果進行分析來調整邊界，每一步的迭代或者每一次解輸運方程都需要調用該宏DEFINE_ADJUST。

3.根據權利要求1所述的基于FLUENT仿真的爆震激光推力器分析方法，其特征在于，所述步驟S5中網格單位為mm，所述步驟S7中流場壓力為1atm,溫度為298.15K。

4.根據權利要求1所述的基于FLUENT仿真的爆震激光推力器分析方法，其特征在于，所述步驟S8在FLUENT中進行動網格計算，選中動網格計算模塊，并設置動網格總體計算參數及模式，具體包括：

利用FLUENT提供的Dynamic?Mesh模塊，將推進器作為動邊界進行處理，計算中每個時間步計算結束時，調用UDF讀取流場信息，根據壁面承受的力計算出推進器獲得的速度；

當選中動網格計算及輸入邊界運動文件后，需要所要求的運動邊界類型和運動邊界與運動邊界條件相對應，因此通過Setup—Dynamic?Mesh—Create/Edit---Dynamic?Mesh命令選中動網格區域；

對于剛性運動邊界，選中Rigid?Body選項，需要說明運動屬性和網格選項；

對于變形邊界，選中Deforming選項，需要說明幾何定義和網格選項。