[发明专利]一种基于FLUENT仿真的爆震激光推力器分析方法

权利要求书

1.一种基于FLUENT仿真的爆震激光推力器分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，根据爆震模式工作过程中的激光吸收波阶段和后续冲击波衰减阶段确定控制方程；具体包括：

相应的热流也简化为：

式中U为守恒变量矢量，E、F分别为柱坐标系下x,r方向上的对流通量，Ev、Fv分别为x,r方向上的粘通量，G、Gv分别为无粘部分和有粘部分由于采用柱坐标系产生的源项，W为物理化学过程造成的质量和能量源项，q_x、q_r分别是总热流和振动热流，q_n为热流q合并各内能模式后总的热传导和扩散热流，ρ为混合气体总密度，p为混合气体的压力，u、v分别为两个坐标方向上的速度分量，H为单位质量混合气体的焓，τ为应力张量；

S2，构建自定义函数UDF，用于FLUENT计算过程中的激光能量设置、动边界设置和等离子参数调整；

S3，建立抛物线模型，利用Gambit软件进行建模，选取网格类型划分网格，设置边界条件，输出case文件；

S4，打开FLUENT软件，将case文件导入到FLUENT软件中；

S5，检测网格，检查划分的网格是否正确并设定网格单位；

S6，FLUENT软件导入自定义函数UDF；

S7，选择正确的辐射模型、能量模型和湍流模型，并设置材料属性和流场压力、温度；

S8，在FLUENT中，进行动网格计算，选中动网格计算模块，并设置动网格总体计算参数及模式；

S9，选择求解方法，确定求解精度；

S10，边界初始化并设置迭代参数，利用FLUENT求解器进行计算；

S11，查看残差图，速度、压力和温度图。

2.根据权利要求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，所述步骤S2中构建自定义函数UDF，用于FLUENT计算过程中的激光能量设置、动边界设置和等离子参数调整，具体包括：

激光能量的注入：采用瞬时能量注入模型,等离子体电离完全且没有能量损失，激光脉冲能量以一定的沉积效率被等离子体完全吸收，等离子体形状为一球体，假设半径为r，则得出公式：

其中，能量转化效率为η＝40％；

动边界计算：在FLUENT中要进行动边界计算，需要选中动网格计算模块，利用UDF中的DEFINE_CG_MOTION宏用来编写实现功能；

等离子方程的实现：利用FLUENT中的通用求解宏DEFINE_ADJUST来修改流场物理量并进行计算积分，DEFINE_ADJUST主要是对整个流场进行积分，然后通过对计算结果进行分析来调整边界，每一步的迭代或者每一次解输运方程都需要调用该宏DEFINE_ADJUST。

3.根据权利要求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，所述步骤S5中网格单位为mm，所述步骤S7中流场压力为1atm,温度为298.15K。

4.根据权利要求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，所述步骤S8在FLUENT中进行动网格计算，选中动网格计算模块，并设置动网格总体计算参数及模式，具体包括：

利用FLUENT提供的Dynamic Mesh模块，将推进器作为动边界进行处理，计算中每个时间步计算结束时，调用UDF读取流场信息，根据壁面承受的力计算出推进器获得的速度；

当选中动网格计算及输入边界运动文件后，需要所要求的运动边界类型和运动边界与运动边界条件相对应，因此通过Setup—Dynamic Mesh—Create/Edit---Dynamic Mesh命令选中动网格区域；

对于刚性运动边界，选中Rigid Body选项，需要说明运动属性和网格选项；

对于变形边界，选中Deforming选项，需要说明几何定义和网格选项。