[发明专利]液体火箭复燃反应计算的数值模拟方法

权利要求书

1.液体火箭复燃反应计算的数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立液体运载火箭发射阶段燃气冲击导流装置的三维几何模型；

步骤2、采用网格分块方案对液体火箭冲击导流装置进行结构网格划分；

步骤3、建立液体火箭燃气冲击模型：基于三维可压缩雷诺平均N-S方程、Realizablek-ε双方程湍流模型，建立火箭燃气冲击模型；

步骤4、建立液体火箭燃气化学动力学模型：基于有限速率化学动力学模型对火箭燃气的复燃反应进行数值模拟，建立火箭燃气化学动力学模型；

步骤5、对液体运载火箭燃气冲击流场进行并行计算，输出马赫数云图、温度云图、CO、CO₂、H₂、H₂O摩尔分数云图。

2.根据权利要求1所述的液体火箭复燃反应计算的数值模拟方法，其特征在于，步骤1建立液体运载火箭发射阶段燃气冲击导流装置的三维几何模型，具体包括以下步骤：

1.1、按照液体运载火箭1:1绘制三维模型，需要如下参数：运载火箭弹头曲率、箭体高度及半径、喷管长度、喷管入口半径、喷管喉部半径、喷管出口半径；

1.2、按照导流装置1:1绘制三维模型，需要如下参数：导流装置入口长度及宽度、导流装置出口长度及宽度、导流装置底面曲率。

3.根据权利要求1所述的液体火箭复燃反应计算的数值模拟方法，其特征在于，步骤2采用网格分块方案对液体火箭冲击导流装置进行结构网格划分，具体包括以下步骤：

2.1、对液体火箭冲击导流装置三维模型进行网格分块，将整个计算区域划分成运载火箭子域、火箭发动机与导流装置的过渡子域、导流装置子域；

2.2、对火箭发动机与导流装置的过渡子域、导流装置子域网格进行加密，对运载火箭子域网格逐渐由密向疏过渡。

4.根据权利要求1所述的液体火箭复燃反应计算的数值模拟方法，其特征在于，步骤3建立液体火箭燃气冲击模型，具体步骤如下：

3.1、建立液体火箭燃气三维可压缩雷诺平均N-S方程：

在三维直角坐标系下，质量、动量以及能量方程可以表示如下：

其中U为液体火箭燃气流动变量；F、G、H分别为液体火箭燃气气流在x、y、z方向上通量矢量，F_v、G_v、H_v分别为液体火箭燃气黏在性x、y、z方向上通量矢量；

3.2、采用Realizable k-ε两方程模型建立液体火箭燃气冲击导流装置的湍流模型：

湍动能k方程与湍动耗散率ε方程为

其中G_k为平均速度梯度引起的湍动能k的产生项，μ_t为湍动黏性，σ_k和σ_ε分别是湍动能k和湍动耗散率ε的普朗特数，α、β为张量中的指标符号，取值范围是(1，2，3)，C₁和C₂为方程常数系数。

5.根据权利要求1所述的液体火箭复燃反应计算的数值模拟方法，其特征在于，步骤4建立液体火箭燃气化学动力学模型，具体包括以下步骤：

4.1、基于质量作用定量，对任意一个化学反应方程有：

式中，i为液体火箭燃气成分，r为化学反应步，v′_ir为成分i在反应步r时的反应化学计量系数，v″_ir为成分i在反应步r时的生成化学计量系数，M_i是成分i的相对分子质量；

4.2、成分i在反应步r时的生成率ω_ir为：

式中，为成分i的分子量，C_i是成分i的摩尔浓度，K_fr、K_br分别是反应步r的正向反应常数和逆向反应常数。