[发明专利]基于超临界碳氢燃料结焦过程的评测方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，特别是涉及一种基于超临界碳氢燃料结焦过程的评测方法和装置。

背景技术

吸热型碳氢燃料的温度升高会引发超燃冲压发动机再生冷却通道壁面结焦问题。壁面结焦会大大增加壁面和吸热型碳氢燃料之间的换热热阻，对再生冷却效果产生不利影响。此外，结焦严重时会造成油路和喷嘴的堵塞，影响燃料系统的可靠运行。在现有的碳氢燃料结焦问题的研究中，主要通过实验手段。尽管一些实验研究对结焦形态和壁面结焦量进行了测量，然而受到实验条件的局限，流速、壁温、流阻、燃料转化率等一系列物理量分布随结焦过程的变化无法同时被测量得到。此外，目前尚未见公开发表的关于结焦动态耦合过程的数值计算的相关研究报道。

发明内容

基于此，有必要针对传统技术存在的问题，提供一种基于超临界碳氢燃料结焦过程的评测方法和装置，通过合理的设计超燃冲压发动机的再生冷却结构，除了必要的实验作为基础外，还必须建立起有效的数值模拟工具模拟超临界碳氢燃料耦合结焦的复杂流动和换热过程。开展超临界碳氢燃料结焦过程的相关数值计算研究，以及结焦对流动换热特性影响的数值计算研究。为超燃冲压发动机再生冷却过程提供数值仿真平台，为冷却结构设计提供支持。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于超临界碳氢燃料结焦过程的评测方法，所述方法包括：获取结焦过程中的多个参数，并将多个参数应用于预设的结焦动力学模型中；将基于所述结焦动力学模型计算获取的每个流固定交界面单元面处的结焦量后，每个流固交界面通过动网格方式模拟流体域的空间变化；采用ALE算法计算通过网格方式模拟流体域的空间变化后的物理场变化完成评测操作。

在其中一个实施例中，所述将多个参数应用于预设的结焦动力学模型中包括：根据流场的结焦前体组分浓度、壁面温度等物理信息计算得到壁面结焦速率，并计算得到预设时间段内的壁面结焦量。

在其中一个实施例中，所述预设的结焦动力学模型为：通过化学反应动力学方程对壁面结焦的动力学过程进行描述，生成以一种或两种裂解产物为结焦前体且不包含金属催化成分的反应动力学结焦模型；

其中，所述结焦动力学模型的典型形式为：

其中，k为指前因子，Ea为活化能，R为普适气体常数，C为结焦母体浓度，T为壁面温度，a为衰减因子。

在其中一个实施例中，所述每个流固交界面通过动网格方式模拟流体域的空间变化包括：通过对所述流体域进行假压缩的方式并通过弹簧法，确定出各节点的移动方向；基于六面体单元体积公式推导，计算出一定结焦量下的节点移动距离，使得流固交界面边界的移动符合结焦量的分布，且每个预设时间步内流体域变形减少的体积与结焦总体积一致，定义为总体积守恒；边界移动后流体域内部单元通过弹簧法网格变形完成网格质量的优化，使得完成结焦动网格操作。

在其中一个实施例中，所述采用ALE算法计算通过网格方式模拟流体域的空间变化后的物理场变化完成评测操作包括：加入结焦动网格后，ALE算法的rezone阶段流体域网格移动至壁面结焦量所决定的新位置；通过欧拉拉格朗日进行物理场的计算；其中，ALE算法为拉格朗日算法和欧拉算法的结合。

第二方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面的基于超临界碳氢燃料结焦过程的评测方法。

第三方面，本发明实施例提供了一种包含指令的计算机程序产品，当该计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面所述的方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种基于超临界碳氢燃料结焦过程的评测装置，所述装置包括：获取模块，用于获取结焦过程中的多个参数，并将多个参数应用于预设的结焦动力学模型中；模拟模块，用于将基于所述结焦动力学模型计算获取的每个流固定交界面单元面处的结焦量后，每个流固交界面通过动网格方式模拟流体域的空间变化；评测模块，用于采用ALE算法计算通过网格方式模拟流体域的空间变化后的物理场变化完成评测操作。

在其中一个实施例中，所述获取模块包括：计算单元，用于根据流场的结焦前体组分浓度、壁面温度等物理信息计算得到壁面结焦速率，并计算得到预设时间段内的壁面结焦量。