[发明专利]一种横向振荡压力场下撞击式喷嘴雾化过程的仿真方法

权利要求书

1.一种横向振荡压力场下撞击式喷嘴雾化过程的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、基于仿真软件中的撞击式喷嘴，以喷嘴的中心轴线为中心，在圆柱形燃烧室径向切面上截取一段环形区域，展开使环形计算域转为方形计算域，将计算域中的一阶切向振型转为一阶横向振型；

S2、按照笛卡尔网格的格式对所述方形计算域进行空间离散；

S3、基于步骤S2中空间离散后的计算域，采用树形网格自适应方法，通过设定气液界面网格体积分数大于0小于1时进行加密的自适应加密准则，对计算域中网格进行自适应加密处理；将自适应加密处理后的网格导入求解软件，通过多尺度仿真算法求解得撞击式喷雾场；

同时，基于步骤S2中空间离散后的计算域，设定液膜方向与压力波的传播方向垂直，通过在与液膜垂直的相对边界上设置声学扰动条件构造出一阶横向振荡压力场；

S4、将一阶横向振荡压力场与撞击式喷雾场耦合求解，实现一阶横向振荡压力场下的撞击式喷嘴雾化过程的仿真。

2.根据权利要求1所述的横向振荡压力场下撞击式喷嘴雾化过程的仿真方法，其特征在于，步骤S2中，按照笛卡尔网格的格式对计算域进行空间离散具体为：

S2.1利用建模软件生成撞击式喷嘴雾化过程的计算域模型，将所述计算域模型存储为x_t格式的文件并导出；

S2.2将存储计算域模型的x_t格式的文件导入到仿真系统中，通过仿真系统对计算域进行网格划分，形成笛卡尔网格；

S2.3对所述笛卡尔网格中撞击形成液膜所在的核心雾化区域进行初始加密处理，将所述初始加密处理后的笛卡尔网格保存为msh网格文件并导出。

3.根据权利要求1或2所述的横向振荡压力场下撞击式喷嘴雾化过程的仿真方法，其特征在于：

步骤S3中，所述多尺度仿真算法求解所用的模型包括VOF模型，VOF-to-DPM转化模型，CSF模型，大涡模拟模型与TAB模型。

4.根据权利要求3所述的横向振荡压力场下撞击式喷嘴雾化过程的仿真方法，其特征在于：

所述VOF模型用于捕捉大块液团并进行求解；

所述VOF-to-DPM转化模型用于将大块液团转化为DPM颗粒并进行求解；

所述TAB模型用于对二次破碎的DPM颗粒进行求解；

所述CSF模型用于对VOF模型捕捉的大块液团表面张力进行求解；

大涡模拟模型用于对撞击式喷嘴雾化过程形成的气液流场中的湍流求解，并由大涡模拟模型中的WALE模型对动量方程中的亚网格尺度应力项进行求解。

5.根据权利要求4所述的横向振荡压力场下撞击式喷嘴雾化过程的仿真方法，其特征在于，所述步骤S3中，通过在与液膜垂直的相对边界上设置声学扰动条件构造出一阶横向振荡压力场具体为：

将气相视为理想气体，设定一对脉动的质量流入边界，具体表达式为

式(1)与式(2)中为振荡边界的幅值，为一个边界随时间变化的流入质量，为相对边界随时间变化的流入质量，f为振荡压力场的频率，为相对边界的相位差，时，射流撞击形成液膜恰好位于振荡压力场的压力波腹位置，时，射流撞击形成液膜恰好位于振荡压力场的速度波腹位置；压力波传播方向的各壁面设置为滑移壁面边界，出口设置为无反射的压力出口边界。

6.根据权利要求5所述的横向振荡压力场下撞击式喷嘴雾化过程的仿真方法，其特征在于，

步骤S4中所述将一阶横向振荡压力场与撞击式喷雾场耦合求解为：

采用有限体积方法对一阶横向振荡压力场与撞击式喷雾场构成的流场中连续方程、动量方程及VOF方程进行离散。

7.根据权利要求6所述的横向振荡压力场下撞击式喷嘴雾化过程的仿真方法，其特征在于，所述连续方程和动量方程的离散过程具体为：采用一阶隐式格式对时间项进行离散，采用单元体的最小二乘法计算梯度项，采用有界中心差分格式求解对流扩散项；其中，动量方程中的压力、速度的求解采用Coupled算法；

所述VOF方程的离散过程具体为：求解VOF方程的体积分数，基于所述体积分数，采用分段线性的几何重构方法对气液界面进行重构。