[发明专利]一种高空喷焰流场的预估方法

说明书

本发明公开了一种高空喷焰流场的预估方法，步骤有：(1)计算高空喷焰射流中任意位置的流动属性，包括密度、速度、温度和能量；(2)对高空喷焰射流分子运动过程进行求解；(3)通过点源强度，求解空间任意位置的组分分子数密度、宏观速度和温度随喷口径向尺寸和周向角度的定积分形式，获得相应高空喷焰射流参数；(4)判断高空喷焰流的伴随流状态，若有进入到射流边界并产生碰撞，则构建稀薄大气伴随流对所述高空喷焰射流的影响。本发明极大地提升了高空喷焰流场的仿真效率。

技术领域

本发明涉及仿真技术领域，尤其涉及一种高空喷焰流场的预估方法。

背景技术

目前DSMC(直接模拟蒙特卡洛)方法是实现高空喷焰流场仿真的主要方法。对于动目标的高空喷焰流场仿真而言，DSMC方法通过有限个仿真分子的运动状态来获得稀薄气体流动的宏观结果，是目前求解稀薄气体流动应用最为广泛的一种方法,但是DSMC方法在求解高空喷焰时存在一些问题：1)计算域通常依据计算条件和关注区域来决定，对于高空喷焰流动，由于喷焰扩散范围很广，因此需要足够大的计算域来处理；2)DSMC方法要求每个网格中的仿真分子数为20-30个来保证宏观量具有统计意义，更为明确的结论表述为，即碰撞对间的平均间隔与平均自由程相比不能太大，由于发动机喷管出口的压强和密度较高，仅喷管出口附近就需近千万的网格，难以实现对高空喷焰的精确数值仿真。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供一种高空喷焰流场的预估方法，以点源模型的自由分子流为基础，对喷焰各组分的分子流和环境来流分子流进行守恒性叠加处理，实现高空喷焰流场的快速、高效的仿真计算，解决了以往基于DSMC方法喷焰流场计算效率低的问题。

本发明提供的一种高空喷焰流场的预估方法，其改进之处在于，所述预估方法包括如下步骤：

(1)建立高空喷焰射流中任意位置的射流参数，包括数密度、速度和温度；

(2)对所述高空喷焰射流分子运动过程进行求解；

(3)通过点源强度，求解空间任意位置的组分分子数密度、宏观速度和温度随喷口径向尺寸和周向角度的定积分形式，获得相应所述射流参数；

(4)判断所述高空喷焰流的伴随流状态，若有进入到射流边界并产生碰撞，则计算稀薄大气伴随流(等效为目标的飞行速度”)对所述高空喷焰射流的影响值。

优选的，建立步骤(1)中的所述射流参数的公式为：

设xz平面内的任一位置P(x,0,z)，则密度计算公式为：

ρ_i＝m_i(n_ic+n_i)；

式中，为所述位置P(x,0,z)第i种组分的数密度；n_ic为伴随流的数密度；n_i为所述高空喷焰的一种组分的气体到达所述位置P(x,0,z)时的数密度；ρ_i为所述位置P(x,0,z)第i种组分的密度；m_i为所述位置P(x,0,z)第i种组分的分子质量；ρ为所述位置P(x,0,z)所有组分的密度之和，即此位置的总密度；

速度计算公式为：

式中，U为所述位置P(x,0,z)的x轴方向速度；U_c为伴随流的x轴方向速度(由于伴随流径向速度为0，其等于伴随流的速度)；U_i为高空喷焰的轴向速度；V_i为高空喷焰的y轴径向速度；V为所述位置P(x,0,z)y轴径向速度；

温度计算公式为：