[发明专利]一种火箭发射场用涡街流量计流固耦合数值分析方法

说明书

本申请涉及一种火箭发射场用涡街流量计流固耦合数值分析方法，基于ANSYS软件中Fluent流体计算模块研究涡街流量计内部低温/超低温流场的流动特性，将上述计算结果导入到ANSYS软件中StaticStructural结构力学计算模块分析涡街流量计流道内低温/超低温流体对旋涡发生器的变形、应力应变的影响，并将变形后的结构再次导入到ANSYS软件中Fluent流体计算模块来研究发生变形后的旋涡发生器对流道内低温/超低温流体流动特性的影响，为发射场固定校验系统标定提供技术支撑，有助于进一步提高加注精度，减少加注过程中流量计量精度方面的误差，确保任务的顺利发射。

技术领域

本申请涉及低温介质流量测量控制技术领域，尤其是涉及一种火箭发射场用涡街流量计流固耦合数值分析方法。

背景技术

液体火箭推进剂加注是发射场的重要工作，加注技术是航天发射技术的重要组成部分。发射场现执行的各种型号任务的加注定量方式皆为：基本加注量由箭上液位计定量、地面流量计监视，补加量由地面补加流量计定量补加。发射场现所用流量计皆为涡街流量计(或称漩涡流量计)，该流量计为速度式流量计，输出信号是与流量成正比的电压脉冲信号，可远距离传播，在常规介质及常规输送温度下的输出信号仅于流量有关，不受流体温度、压力、成分、粘度和密度影响，且该流量计量程比宽，结构简单，无运动件，检测原件不接触被测流体，具有测量精度高、应用范围广、使用寿命长等特点。但对低温/超低温液体火箭推进剂这种非常规介质及非常规输送温度，流量计的计量精度显得至关重要，其直接关系到加注精度，是保障任务顺利发射的重要条件之一。鉴于目前这种低温/超低温介质流量计量测试系统难以在实验室内搭建，建设和维护成本很高，也极容易发生危险。

目前，利用各种流体数值计算方法对涡街流量计流道结构进行仿真分析时，大都采用的有限元本征分析方法，也没有考虑低温/超低温介质特性，主要通过ANSYS软件中Fluent流体计算模块对不同上下游(即涡街流量计流道前后端)直管段长度下涡街流量计的旋涡脱落频率进行了仿真计算，来研究管道条件对涡街流量计测量结果及内部流场产生的影响，并对相关影响因素进行分析。但这种单一模块的数值计算方法完全忽视了涡街流量计流道内低温/超低温流体对旋涡发生器的变形影响以及发生变形后的旋涡发生器对流道内流体流动特性的影响，对于液体火箭推进剂精确加注系统而言，这将在很大程度上影响涡街流量计的测量精度，因此，必须完善二者在耦合状态下的求解方式，寻求一种高效、精确的求解技术。

发明内容

为了改善传统方式导致涡街流量计的测量精度不高的问题，本申请提供一种火箭发射场用涡街流量计流固耦合数值分析方法。

本申请提供一种火箭发射场用涡街流量计流固耦合数值分析方法，采用如下的技术方案：

一种火箭发射场用涡街流量计流固耦合数值分析方法，包括以下步骤：

步骤一，对火箭发射场用低温/超低温涡街流量计流道和旋涡发生器结构进行有限元建模，并将涡街流量计中流体域和固体域进行划分且分别命名为F1和S1；

步骤二，借助ANSYS软件中Fluent模块，对流体域进行求解，同时抑制固体域几何体，对流体域中的流体流入端命名为Inlet，对流体域中的流体流出端命名为Outlet，同时将流体域与固体域接触的耦合面命名为F_sfi；

步骤三，采用六面体网格剖分流体域，并着重对上述耦合面F_sfi进行网格细化，并检查网格质量；

步骤四，将ANSYS软件里Mesh模块中建好的网格导入Fluent模块中进行仿真计算，且选择双精度计算模式，Fluent模块中的求解条件设置如下：数值模拟模型选用RNGk-ε模型，该模型为两方程模型，分别为：

k方程：

ε方程：

湍流粘性系数表达式：