一种航空发动机燃油雾化特性的仿真方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种航空发动机燃油雾化特性的仿真方法，首先基于光滑粒子流体动力学方法，建立用于进行航空发动机燃油雾化特性预测的物理模型的离散方程组；然后基于离散方程组进行仿真，根据上一个仿真周期的每个粒子的密度和速度，计算当前仿真周期的时间步长、每个粒子的表面张力的单元体积力和壁面处边界力；利用离散方程组，计算每个粒子的密度、速度和位置的单位时间变化量；根据单位时间变化量更新每个粒子的密度、速度和位置。本发明专利技术提出了用于航空发动机燃油雾化特性预测的无网格粒子仿真方法，该方法具有计算量小、稳定性高、液体属性可调整、液滴轨迹可追踪等优势，同时具有较好的实用性和可拓展性。

【技术实现步骤摘要】
一种航空发动机燃油雾化特性的仿真方法及系统
本专利技术涉及燃油雾化特性研究
，特别涉及一种航空发动机燃油雾化特性的仿真方法及系统。
技术介绍
为满足新一代军用飞机对战术机动性、短距起飞、超音速巡航等优异作战性能以及民用飞机对低成本、高清洁、高可靠性的要求，未来航空发动机必然要向高推重比、高压比、高温升、低污染趋势发展，这对燃烧室内的燃油燃烧效率、稳定工作范围、出口温度分布、耗油率、火焰筒冷却以及污染物排放等提出了更为严苛的标准。燃油雾化作为燃烧过程的初始阶段，其性能的好坏对发动机的燃烧效率和燃烧稳定性有重大影响，研究燃油的雾化机理和喷注单元的雾化特性对发动机设计具有重要意义。早期，航空发动机燃烧室主要以压力雾化喷嘴为主，其存在点火容易、燃烧稳定范围宽等优点，但该雾化模式易引起燃烧室起烟、积碳和火焰筒壁温过高等问题。因此，发展了空气雾化喷嘴，其在发动机工作中排放量低、燃烧效率高，但是燃烧稳定范围较窄、低工况下燃烧效率低、点火困难，满足不了高性能航机要求。这种情况下，组合式空气雾化喷嘴由于兼有压力雾化喷嘴和空气雾化喷嘴的优点，逐渐成为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种航空发动机燃油雾化特性的仿真方法，其特征在于，所述仿真方法包括如下步骤：/n建立压力旋流雾化喷嘴结构的粒子模型；所述粒子模型包括I个粒子；/n建立描述压力旋流雾化喷嘴雾化过程中燃油和气体的气液两相流物理模型；/n对所述气液两相流物理模型进行离散化，获得离散方程组；/n根据上一个仿真周期的每个粒子的密度和速度，计算当前仿真周期的时间步长；/n根据上一个仿真周期的每个粒子的密度、速度和位置，计算当前仿真周期的每个粒子的表面张力的单元体积力和壁面处边界力；/n根据当前仿真周期的每个粒子的表面张力的单元体积力和壁面处边界力，利用离散方程组，计算每个粒子的密度、速度和位置的单位时间变化量；/n根...

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机燃油雾化特性的仿真方法，其特征在于，所述仿真方法包括如下步骤：
建立压力旋流雾化喷嘴结构的粒子模型；所述粒子模型包括I个粒子；
建立描述压力旋流雾化喷嘴雾化过程中燃油和气体的气液两相流物理模型；
对所述气液两相流物理模型进行离散化，获得离散方程组；
根据上一个仿真周期的每个粒子的密度和速度，计算当前仿真周期的时间步长；
根据上一个仿真周期的每个粒子的密度、速度和位置，计算当前仿真周期的每个粒子的表面张力的单元体积力和壁面处边界力；
根据当前仿真周期的每个粒子的表面张力的单元体积力和壁面处边界力，利用离散方程组，计算每个粒子的密度、速度和位置的单位时间变化量；
根据每个粒子的密度、速度和位置的单位时间变化量和当前仿真周期的时间步长，更新每个粒子的密度、速度和位置，返回步骤“根据上一个仿真周期的每个粒子的密度和速度，计算当前仿真周期的时间步长”，等待进行下一个仿真周期的仿真。


2.根据权利要求1所述的航空发动机燃油雾化特性的仿真方法，其特征在于，所述建立压力旋流雾化喷嘴结构的粒子模型，具体包括：
采用三维制图软件建立压力旋流雾化喷嘴结构的几何模型；
利用Hypermesh软件对所述几何模型进行网络划分，获得网格划分后的几何模型；
对所述网格划分后的几何模型进行网格到粒子的转化处理，获得压力旋流雾化喷嘴结构的粒子模型。


3.根据权利要求1所述的航空发动机燃油雾化特性的仿真方法，其特征在于，所述建立描述压力旋流雾化喷嘴雾化过程中燃油和气体的气液两相流物理模型，具体包括：
建立描述压力旋流雾化喷嘴雾化过程中燃油和气体的气液两相流物理模型为：



其中，ρi表示第i个粒子的密度，vi表示第i个粒子的速度，Pi为第i个粒子的压力，μi为第i个粒子的动力粘度，D表示变形张量，g为重力加速度，Fis为第i个粒子的表面张力的单元体积力，为第i个粒子的壁面处边界力；xi表示第i个粒子的位置。


4.根据权利要求1所述的航空发动机燃油雾化特性的仿真方法，其特征在于，所述对所述气液两相流物理模型进行离散化，获得离散方程组，具体包括：
对所述气液两相流物理模型进行离散化，获得离散方程组为：



其中，mi表示第i个粒子的质量，Vi和Vj分别表示第i个粒子和第j个粒子的体积；表示第i个粒子与第j个粒子的均值压力，ρi和ρj分别表示第i个粒子和第j个粒子的密度，Pi和Pj分别表示第i个粒子和第j个粒子的压力；表示Wij为第i个粒子和第j个粒子之间的核函数的数值，Wij＝W(xj-xi,hi)，W(·)为核函数，hi为第i个粒子的光滑长度；μi和μj分别表示第i个粒子和第j个粒子的动力粘度，xi和xj分别表示第i个粒子和第j个粒子的位置；rij为第i个粒子和第j个粒子之间的位移；vij为第i个粒子和第j个粒子之间的速度差矢量vij＝vi-vj，vi和vj分别表示第i个粒子和第j个粒子的速度，Fis为第i个粒子的表面张力的单元体积力，为第i个粒子的壁面处边界力，g为重力加速度。


5.根据权利要求1所述的航空发动机燃油雾化特性的仿真方法，其特征在于，所述根据上一个仿真周期的每个粒子的密度和速度，计算当前仿真周期的时间步长，具体包括：
利用公式计算第一时间步长Δt1；其中，ci表示第i个粒子的色标；
利用公式计算第二时间步长Δt2；
利用公式计算第三时间步长Δt3；
利用公式计算第四时间步长Δt4；
利用公式Δt＝min(Δt1,Δt2,Δt3,Δt4)，计算当前仿真周期的时间步长Δt；
其中，hi为第i个粒子的光滑长度，fi为第i个粒子所受到的体积力，αΠ和βΠ分别为第一无量纲参量和第二无量纲参量，φij为第i个粒子和第j个粒子之间的粘性，ρi表示第i个粒子的密度，μi为第i个粒子的动力粘度，σ表示表面张力系数，I表示粒子的数量。


6.根据权利要求1所述的航空发动机燃油雾化特性的仿真方法，其特征在于，根据上一个仿真周期的每个粒子的密度、速度和位置，计算当前仿真周期的每个粒子的表面张力的单元体积力，具体包括：
根据上一个仿真周期的每个粒子的密度、速度和位置，利用公式计算每个粒子的表面位置；
其中，表示第i个粒子的表面位置，cj表示第j个粒子的色标，mj和ρj分别表示第j个粒子的质量和密度，Wij为第i个粒子和第j个粒子之间的核函数...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈福振，严红，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61