[发明专利]一种低温推进剂贮箱内喷雾掺混的仿真方法

权利要求书

1.一种低温推进剂贮箱内喷雾掺混的仿真方法，其特征在于该方法的步骤包括：

(1)对贮箱内的流场区域进行网格划分；

(2)建立贮箱内连续相的蒸发/冷凝模型；

(3)建立向贮箱内喷雾时所产生的离散相液滴与贮箱内连续相之间的传热传质模型；

(4)建立向贮箱内喷雾时所产生的离散相液滴向连续相液相的转化模型；

(5)根据步骤(2)、(3)和(4)得到的模型采用VOF容积比率法与离散相模型相耦合的方法得到低温推进剂贮箱内喷雾掺混的流体力学仿真模型；

(6)根据步骤(5)得到的流体力学仿真模型设置初始条件与边界条件进行仿真计算，得到特定工况下的贮箱内的流场的形态以及贮箱内的流场的压力温度变化等流体行为特性；

(7)通过调整步骤(6)中的边界条件，得到不同边界条件下贮箱内流场的压力、温度等流体行为特性的变化规律，并进行比较分析，得到不同边界条件对贮箱内流场的压力控制的影响，并优化贮箱压力控制能力；

所述的步骤(2)中，蒸发/冷凝模型为蒸发/冷凝的质量源项和能量源项；

所述的步骤(2)中，建立贮箱内连续相的蒸发/冷凝模型的方法为：

对网格单元内的液相体积分数进行判断，如果液相体积分数小于0.01或大于0.99，则质量源项为0，能量源项也为0；如果液相体积分数大于等于0.01且小于等于0.99，则对网格单元内的液相温度进行判断，如果网格单元内的液相温度高于饱和温度，则液相发生蒸发；如果网格单元内的液相温度小于等于饱和温度，则判断网格单元内的气相压力，如果网格内的气相压力高于饱和蒸汽压，则发生冷凝；如果网格内的气相压力小于等于饱和蒸汽压，则质量源项为0，能量源项也为0；

在发生蒸发和冷凝时，质量源项为：

其中，α_eva为蒸发适应系数，ρ_g为气体密度，h_fg为潜热，R为普适气体常数，T_s为饱和温度，T_l为液相温度；

在发生蒸发和冷凝时，能量源项S为：

所述的步骤(3)中，传热模型为Q＝ΔT·h·A；

传质模型为：Δm_p＝m₀c_p(T_p-T_s)/h_fg

其中，ΔT为离散相液滴与连续相之间的温差；h为对流换热系数；A为液滴表面积；m₀表示前一时间步长的液滴质量，c_p为液滴比热容，Tp为离散相液滴的温度；

传热模型中h的计算方法根据确定；

根据得到的传热模型得到离散相液滴的温度T_p，T_p＝T_p0+Q/m_pc_p；

其中，Q为传热量，Nu为努赛尔特数，d_p为液滴直径，λ_∞为连续相的导热系数，C为液滴传热常数，Re_d为液滴的雷诺数，Pr为普朗特数，T_p0表示前一时间步长的液滴温度，m_p为液滴质量；

Δm_p为离散相液滴减少的质量，即传质速率；

所述的步骤(4)中，建立向贮箱内喷雾时所产生的离散相液滴向连续相液相的转化模型的方法为：当离散相液滴进入连续相液相时或接触壁面时，在离散相中移除该液滴，并将该被移除的液滴 的质量和能量补充至连续相液相中；

所述的步骤(6)中，边界条件包括喷雾流量、喷雾速度和喷雾温度。