[发明专利]燃烧室试验台虚拟试验建模方法

摘要

本发明公开了一种燃烧室试验台虚拟试验建模方法。其包括以下步骤：步骤1：采用有限体积法将试验模型划分成多个有限控制体，建立所述有限控制体的数学模型方程；步骤2：根据所述数学模型方程建立仿真模型，以进行并行运算，获得所述试验模型的相关参数。采用这种燃烧室试验台虚拟试验建模方法可以较为逼真地模拟发动机工作的真实情况，提高燃烧室试验台虚拟试验的准确度。

主权项

1.一种燃烧室试验台虚拟试验建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采用有限体积法将试验模型划分成多个有限控制体，建立所述有限控制体的数学模型方程；步骤2：根据所述数学模型方程建立仿真模型，以进行并行运算，获得所述试验模型的相关参数；所述并行计算步骤中采用OpenMP多线程架构；所述试验模型为管道时，所述步骤1包括：对于粘性流动的流体，面积力为法向应力与平行于作用面的切应力的合力：σ_ij＝‑pδ_ij+τ_ij，根据高斯公式B表示一个标量场、向量场或张量场，将适用于连续介质的有限控制体的欧拉Euler型积分形式的流动守恒方程组1：对应地化为方程组2：式中，单位体积总能量e为单位质量的内能，Q为辐射或化学能释放因素产生的控制体内单位体积流体热量的增量，为热通量向量，“‑”号表示热的流通与外法线方向相反，为作用面外法线方向矢量，为单位质量力，ρf_iV表示体积力，σ_ij为应力张量，其中，i表示作用面外法线方向，j表示面积力方向，n_jσ_jiS表示面积力；对于Q＝0的考虑管壁弹性的一维变截面管内流动，只有沿管道轴向的流体运动和管壁弹性变形引起的流体沿管壁外法线方向的膨胀或压缩，从管流中取任一有限控制体积，端面的轴向坐标分别为x₁、x₂，有限控制体的质心处壁面的径向坐标为r_s，当轴向的流动速度和管壁弹性变形引起的流体沿管壁外法线方向的膨胀速度，管壁摩擦取唯象的准稳态描述方式，则方程组2化为如下方程组3：式中，g为重力加速度，θ为一维管流流动方向至重力加速度方向的旋转角，f_λ为无量纲摩擦损失系数，D为管道内径，u_s为管壁弹性变形引起的流体沿管壁外法向的膨胀速度，S_s为管壁弹性变形区域的内表面积，λ为流体导热系数，为有限控制体对管壁的单位面积上的热流密度，α为流体与管壁之间的对流换热系数，T_w为管内壁温度，S为有限控制体所在位置管壁的内表面积；定义那么f_R相当于单位质量流体受到的管壁摩擦阻力，f_R作用在有限控制体体积上，则：忽略粘性应力所作的耗散功，即则将方程组3，即Q＝0的可压缩变截面管流一维瞬变流动守恒方程可积分为方程组4：对每个有限控制体运用积分形式的守恒方程，方程组4最终可离散为数学模型方程：i＝0,1,…,n‑1，r＝r_s中，r表示半径，r_s表示有限控制体的质心处的壁面的径向坐标值，u为流速，W_j为速度单元动量，pⁱⁿ为管道进口的压力，p^out为管道出口的压力，T为管道温度，A为管道截面积，ρ为流体密度，V为有限控制体体积，对于能量方程中的管壁弹性变形项，其中，可以认为所述相关参数包括出口流量、流体压力和管道温度，在步骤2中，顺次求解所述数学模型方程中的三个方程，以获得所述相关参数；对状态单元，分为理想气体和不可压缩流体的能量方程，对不可压缩流体，可采用文阻尼修正后的能量方程，Q_i＝u_iA_i；式中，ξ为小分段数时并联导纳的修正系数，ε为阻尼修正系数，音速a可取为常数，a_i²为第i个状态单元音速的平方以上各式中，V_i为对应状态单元的体积；速度单元无量纲摩擦损失系数(Darcy摩擦因子)计算公式；速度单元雷诺数可按下式计算：μ为流体的动力粘度；状态单元音速的计算公式：对不可压缩流体：其中K_β为液体体积弹性模量，取为常数，Rej为速度单元雷诺数，a_i为不可压缩流体音速，ρ_l为不可压缩流体密度，p_k‑1为状态单元压强。