[发明专利]一种基于CFD仿真的注气式蓄压器动特性获取方法

说明书

一种基于CFD仿真的注气式蓄压器动特性获取方法，属于火箭POGO抑制设计技术领域。本申请针对大容积注气式蓄压器难以通过系统激振测定特性参数的问题，提出了采用基于CFD的蓄压器特性获取方法，通过流场仿真可以捕捉到压力脉动作用下蓄压器内的局部状态变化，包括切向流小孔非线性阻尼、非稳态气枕成分变化等，为研究蓄压器的非线性特性提供一种有效的途径，也有助于精简地面试验项目。

技术领域

本发明涉及一种基于CFD仿真的注气式蓄压器动特性获取方法，属于火箭POGO抑制设计技术领域。

背景技术

注气式蓄压器是一种液体运载火箭的POGO抑制装置，一般安装于发动机氧泵前，蓄压器工作过程中有气体供应并维持一定容积的气枕，气体与推进剂直接接触，气液界面一般较为稳定。注气式蓄压器通过改变推进系统动态特性，从而提高全箭POGO稳定性。注气式蓄压器动特性参数主要包括蓄压器柔度、惯性、阻力系数等，这些参数共同决定了蓄压器的工作性能。注气式蓄压器惯性可通过理论公式计算得出，但柔度和阻力系数目前还没有一套成熟的方法来获取。

注气式蓄压器通过小孔将蓄压器气腔与输送管相沟通，蓄压器工作过程中，小孔附近的流场极为复杂，既有脉动压力驱动的进出蓄压器的脉动流量，也有湍流引起的脉动流量，同时主管路内流动对小孔来说是切向流动，从而导致蓄压器的阻力系数与流动紧密耦合。注气式蓄压器内增压气体通常与低温推进剂直接接触，气腔内为增压气体与推进剂蒸汽的混合物，混合气体参数受混合气体成分及状态的影响，因此通常将混合气体的比热比假定为常数的处理方式可能存在较大偏差。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于CFD仿真的注气式蓄压器动特性获取方法，通过流场仿真可以捕捉到压力脉动作用下蓄压器内的局部状态变化，包括切向流小孔非线性阻尼、非稳态气枕成分变化等，为研究蓄压器的非线性特性提供一种有效的途径，也有助于精简地面试验项目。

本发明的技术解决方案是：一种基于CFD仿真的注气式蓄压器动特性获取方法，包括如下步骤：

建立蓄压器内流动的数学物理模型；

建立注气式蓄压器和安装管路结构模型、计算域，并划分网格；

针对蓄压器内气-液传热传质、气-气混合建立仿真模型；

通过试验数据进行仿真模型及方法的优化验证；

使用经试验结果标定过的模型参数，进行注气式蓄压器内不可压缩非定常两相流CFD计算；通过仿真计算，得到蓄压器工作过程中两相浓度场、速度场、压力场、温度场的分布，获取蓄压器的动特性，包括脉动压力、阻尼特性和柔度特性。

进一步地，采用Catia或ProE三维建模软件对注气式蓄压器和连接管路进行三维建模；采用SpaceClaim软件对三维模型进行前处理并提取流体计算域；采用ICEM软件对计算域进行网格划分。

进一步地，网格划分中建立不同的块，并建立好对应的边界条件；壁面边界采用wall形式；质量流率入口边界采用mass flow inlet形式；压力出口边界采用pressureoutlet形式。

进一步地，所述建立仿真模型包括网格无关性验证、两相流仿真方法适用性研究、湍流模型适用性研究。

进一步地，所述通过试验数据进行仿真模型及方法的优化验证包括如下步骤：

选取若干试验工况，建立流场结构网格并进行三维非定常CFD计算；进行三维非定常CFD计算时，具体包括：

计算参数设置，包括：

选取计算模式为密度基：density-based；

选取计算模式为非定常：transient；