[发明专利]一种面向暂冲式风洞系统的建模仿真方法

权利要求书

1.一种对暂冲式风洞系统进行建模仿真的方法，其特征在于：所述建模仿真的方法建立的模型为暂冲式风洞运行机理模型，采用可压缩气体流量公式对风洞气流所流经的部分进行建模，并可通过调整模型的相关参数完成暂冲式风洞的多状态运行仿真；

将整个风洞系统的涉及气流流动的部件分为压力容腔、阀门、特殊部件三类，前两类部件的气流分析以“压力容腔-阀门-压力容腔”三元组模式进行，并用可压缩气体流量公式进行机理建模；

特殊部件包括引射器、喷管，也包括根据实际需求决定是否仿真的风洞气流未流经的控制器、液压装置、冷却器；

对于“压力容腔-阀门-压力容腔”三元组，按照可压缩气体非阻塞流流量公式进行计算，在考虑阀门开度的情况下，容腔1到容腔2的气体，其质量流量计算公式为：其中，fm——气体质量流量；m——阀门开度；C_v——阀门系数；N——工程单位常数；F_p——管道几何常数；P₁——容腔1内的气体压强；P₂——容腔2内的气体压强；M——空气相对分子质量；Z——空气压缩系数；γ——空气的比热比系数；X——两压力容腔压差比；Y——膨胀系数；X_t——临界压降比值；

喷管这一特殊部件，其前后压差较大流速变化剧烈，按照可压缩气体阻塞流流量公式进行计算，其质量流量计算公式为：

其中，K_n——喷管常数；P_n——喷管前稳定段气体压力；T_n——喷管前稳定段气体温度；

引射器设有主阀和调压阀，按照一维理论对其进行仿真分析，对其另有五点假设：

a.主引射气流和被引射气流在混合式入口满足静压匹配关系，流场只有沿流向的速度分量，两股气流均为比热恒定、比热比恒定的理想气体；

b.不考虑混合室内的具体掺混过程，气体在掺混过程中不发生化学反应，且认为混合室出口已完成掺混，混合气流也为理想气体；

c.忽略混合室的壁面摩擦损失；

d.扩压器出口气流为亚音速气流；

e.气流为绝热等熵流；

按照多喷嘴等面积引射器正常工作时引射气流的流量公式计算：

其中，f_m——引射系数喷管常数；

C——气体特性常数；P_p——引射器高压容腔气体压力；T_p——引射器高压容腔气体总温；λ_p——高压气体速度系数；A_p——高压气体流通面积；

q(λ_p，γ)——描述质量流量的气动函数；

π(λ_p，γ)——气体特性常数；

2.根据权利要求1所述的一种对暂冲式风洞系统进行建模仿真的方法，其特征在于：采用一维均匀流假设对风洞系统进行简化，保留与气流相关的分部件，其假设在于风洞系统内的气体流动是一维的，将风洞内大部分容腔管道考虑为常温气体管道，气流在风洞内大多数分部件内的流动参数仅沿轴向变化，且与设备壁面之间的传热为准稳态方式。

3.根据权利要求1所述的一种对暂冲式风洞系统进行建模仿真的方法，其特征在于：除流量计算外，阀门的内部结构及驱动装置可以采用机理建模也可以采用数值模拟。