[發(fā)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?zhí)枺?/td> | 202011621232.0 | 申請日： | 2020-12-31 |
| 公開（公告）號： | CN112651083B | 公開（公告）日： | 2023-08-11 |
| 發(fā)明（設(shè)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(quán)）人： | 北華航天工業(yè)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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350 | 代理人： | 李興林 |
| 地址： | 065000 河北*** | 國省代碼： | 河北;13 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 fluent 仿真 激光 推力 分析 方法 | ||
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(jù)爆震模式工作過程中的激光吸收波階段和后續(xù)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(chǎn)生的源項，W為物理化學過程造成的質(zhì)量和能量源項，qx、qr分別是總熱流和振動熱流，qn為熱流q合并各內(nèi)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(zhì)量混合氣體的焓，τ為應力張量；
S2，構(gòu)建自定義函數(shù)UDF，用于FLUENT計算過程中的激光能量設(shè)置、動邊界設(shè)置和等離子參數(shù)調(diào)整；
S3，建立拋物線模型，利用Gambit軟件進行建模，選取網(wǎng)格類型劃分網(wǎng)格，設(shè)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(wǎng)格，檢查劃分的網(wǎng)格是否正確并設(shè)定網(wǎng)格單位；
S6，F(xiàn)LUENT軟件導入自定義函數(shù)UDF；
S7，選擇正確的輻射模型、能量模型和湍流模型，并設(shè)置材料屬性和流場壓力、溫度；
S8，在FLUENT中，進行動網(wǎng)格計算，選中動網(wǎng)格計算模塊，并設(shè)置動網(wǎng)格總體計算參數(shù)及模式；
S9，選擇求解方法，確定求解精度；
S10，邊界初始化并設(shè)置迭代參數(shù)，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(jù)權(quán)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(gòu)建自定義函數(shù)UDF，用于FLUENT計算過程中的激光能量設(shè)置、動邊界設(shè)置和等離子參數(shù)調(diào)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(shè)半徑為r，則得出公式：
其中，能量轉(zhuǎn)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(wǎng)格計算模塊，利用UDF中的DEFINE_CG_MOTION宏用來編寫實現(xiàn)功能；
等離子方程的實現(xiàn)：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(jié)果進行分析來調(diào)整邊界，每一步的迭代或者每一次解輸運方程都需要調(diào)用該宏DEFINE_ADJUST。
3.根據(jù)權(quán)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(wǎng)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(jù)權(quán)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(wǎng)格計算，選中動網(wǎng)格計算模塊，并設(shè)置動網(wǎng)格總體計算參數(shù)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(jié)束時，調(diào)用UDF讀取流場信息，根據(jù)壁面承受的力計算出推進器獲得的速度；
當選中動網(wǎng)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(wǎng)格區(qū)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(wǎng)格選項；
對于變形邊界，選中Deforming選項，需要說明幾何定義和網(wǎng)格選項。
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