用于挤代式供应系统性能研究的数值分析方法技术方案

本发明专利技术公开了用于挤代式供应系统性能研究的数值分析方法，根据给定的挤代式供应系统模型尺寸初始化各部分网格，得到网格单元，并给对应的网格单元内初始化赋予储存信息，并设定分析时间；通过AUSMDV方法计算得到网格单元相邻界面上的状态通量；由连续性方程、动量方程、能量方程计算得到网格单元内部的流体信息；根据某时刻网格单元内部的流体信息采用欧拉预测矫正公式在给定的时间范围内计算下一时刻的流体信息；返回计算网格单元相邻界面上的状态通量，直到计算总时间步达到设定分析时间，得到各个位置流体信息随时间的变化，本发明专利技术数值分析方法能有效提高计算效率，更高效的检测流动过程中系统各个位置流体参数的变化。检测流动过程中系统各个位置流体参数的变化。检测流动过程中系统各个位置流体参数的变化。

【技术实现步骤摘要】
用于挤代式供应系统性能研究的数值分析方法


[0001]本专利技术属于能源与动力领域，还涉及用于挤代式供应系统性能研究的数值分析方法。

技术介绍

[0002]热动力系统是水下航行器的“心脏”，其性能与水下航行器的各项运动指标都密切相关。其中，如图1所示，能源供应系统作为水下航行器热动力系统中的重要组成部分，用以保证将推进剂在规定时间内按一定比例快速稳定的运输至燃烧室中进行燃烧，若不能够在指定时间内在燃料泵前建立指定压强就会导致水下航行器偏离启动工况运行甚至启动失败的情况发生。
[0003]为保证航行器能够在水下正常运行，航行器制造者必须采用实验测试或计算机数值模拟等方法证明其的可行性。其中，实验测试是最直接的测试手段，完全在自然条件下进行，但这种方法成本较高，且无法模拟达到航行器所遇到的各种极端或突发条件。在此情况下，采用数值模拟软件逐渐成为了计算挤代式供应系统内部流场的支持工具，先进的模拟方法还可以用来低成本模拟各种极端条件下的的流动情况。在此条件下，一类采用Fluent、CFX、Star
‑
ccm来模拟仿真的流场的商业软件逐渐发展起来。但其对于挤代式供应系统的模拟仿真常常会以较大的网格数量以及高性能的计算机性能为基础，从而导致其很难用于对于大量不同模型的数值仿真测试，以及短时间内快速对于指定截面流体信息的检测。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供用于挤代式供应系统性能研究的数值分析方法，能有效提高计算效率，更高效的检测流动过程中挤代式供应系统中各个位置流体参数的变化。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是，用于挤代式供应系统性能研究的数值分析方法，具体按照以下步骤实施：
[0006]步骤1、根据给定的挤代式供应系统模型尺寸初始化各部分网格，得到网格单元，并给对应的网格单元内初始化赋予储存信息，并设定分析时间；
[0007]步骤2、通过AUSMDV方法计算得到网格单元相邻界面上的状态通量；
[0008]步骤3、由连续性方程、动量方程、能量方程计算得到网格单元内部的流体信息；
[0009]步骤4、根据某时刻网格单元内部的流体信息采用欧拉预测矫正公式在给定的时间范围内计算下一时刻的流体信息；
[0010]步骤5、返回步骤2，直到计算总时间步达到设定分析时间，得到各个位置流体信息随时间的变化。
[0011]本专利技术的特点还在于：
[0012]步骤1中根据给定的挤代式供应系统模型尺寸初始化各部分网格具体过程为：采用有限体积法将挤代式供应系统模型离散为多个网格单元。
[0013]给对应的网格单元内初始化赋值过程为：根据每个网格单元的位置信息赋予储存
信息，储存信息包括边界条件、时间步长、中心位置坐标、交界面位置坐标、流体信息的平均值以及网格单元质量动量和能量的时间导数。
[0014]步骤2具体过程为：假设网格单元内流体信息为线性变化，结合网格单元内初始化赋予的流体信息利用网格单元内的状态平均值插值到网格单元内表面上，得到每个网格单元内表面左端和右端两侧的质量、动量和能量流动状态，即网格单元相邻界面上的状态通量，插值是针对网格单元相邻界面上的流体信息单独执行的，得到的流体信息经过整合后变为相邻界面上的状态通量。
[0015]流体信息包括网格单元密度、速度、温度、压力、内能、音速。
[0016]步骤3中连续性方程表达式为：
[0017][0018]式中，u
x
为轴线方向的速度分量；t为时间；ρ为密度，表示网格单元内随时间变化的质量部分，表示轴线方向上网格单元相邻界面流入流出的质量。
[0019]步骤3中动量方程表达式为：
[0020][0021]式中，p为网格单元内部的压强，τ是因分子黏性作用而产生的作用在微元体表面上的黏性应力τ的分量；f为单位质量力。
[0022]步骤3中能量方程表达式为：
[0023][0024]式中，E为网格单元内部的总能，包含内能、动能和势能之和，h为焓；其中T
ref
＝298.15K；k
eff
为有效热传导系数，k
eff
＝k+k
t
，k
t
为湍流热传导系数。
[0025]步骤4中欧拉预测矫正公式表示为：
[0026][0027][0028]其中，x是网格单元的空间步长，包含控制体j单元内的质量、动量、能量；包含控制体前后j
±
1/2单元壁面上的质量通量、动量通量、能量通量；是由上一次迭代计算出的控制体内部的状态参数得到的控制体内储存的质量、动量、能量。
[0029]本专利技术有益效果是：
[0030]本专利技术用于挤代式供应系统性能研究的数值分析方法，能够快速准确的计算出系
统各个位置的流体信息参数，并且可以通过更改系统尺寸，达到快速计算的目的，相比于传统的流体仿真软件极大的节约了时间成本。
附图说明
[0031]图1是本专利技术所提供的用于挤代式供应系统的原理框图；
[0032]图2是本专利技术所提供的模拟方法的实现流程图；
[0033]图3是本专利技术所提供的用于挤代式供应系统的二维结构图；
[0034]图4是本专利技术所提供的基于matlab构建的用户交换界面；
[0035]图5是本专利技术仿真得到的高压气舱末端压力变化曲线；
[0036]图6是本专利技术仿真得到的推进剂舱末端压力变化曲线。
具体实施方式
[0037]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0038]本专利技术用于挤代式供应系统性能研究的数值分析方法，具体按照以下步骤实施：
[0039]步骤1、根据给定的挤代式供应系统模型尺寸，采用有限体积法将挤代式供应系统模型离散为多个网格单元，得到网格单元，并根据每个网格单元的位置信息赋予储存信息，储存信息包括边界条件、时间步长、中心位置坐标、交界面位置坐标、流体信息的平均值以及网格单元质量、动量和能量的时间导数，并设定分析时间，其中流体信息包括网格单元密度、速度、温度、压力、内能、音速；
[0040]步骤2、通过AUSMDV方法计算得到网格单元相邻界面上的状态通量；具体过程为：假设网格单元内流体信息为线性变化，结合网格单元内初始化赋予的流体信息利用网格单元内的状态平均值插值到网格单元内表面上，得到每个网格单元内表面左端和右端两侧的质量、动量和能量流动状态，即网格单元相邻界面上的状态通量，插值是针对网格单元相邻界面质上的流体信息单独执行的，得到的流体信息经过整合后变为相邻界面上的状态通量。例如，使用下面的表达式通过非线性插值得到内表面左右任意一侧的密度：
[0041][0042][0043][0044][0045]其中，(Δ
‑
)
j
和(Δ+)
j
是对网格(控制体)j密度斜率的两种估计方式，x
j
‑1、x
j
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于挤代式供应系统性能研究的数值分析方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、根据给定的挤代式供应系统模型尺寸初始化各部分网格，得到网格单元，并给对应的网格单元内初始化赋予储存信息，并设定分析时间；步骤2、通过AUSMDV方法计算得到网格单元相邻界面上的状态通量；步骤3、由连续性方程、动量方程、能量方程计算得到网格单元内部的流体信息；步骤4、根据某时刻网格单元内部的流体信息采用欧拉预测矫正公式在给定的时间范围内计算下一时刻的流体信息；步骤5、返回步骤2，直到计算总时间步达到设定分析时间，得到各个位置流体信息随时间的变化。2.根据权利要求1所述用于挤代式供应系统性能研究的数值分析方法，其特征在于，步骤1中所述根据给定的挤代式供应系统模型尺寸初始化各部分网格具体过程为：采用有限体积法将挤代式供应系统模型离散为多个网格单元。3.根据权利要求1所述用于挤代式供应系统性能研究的数值分析方法，其特征在于，所述给对应的网格单元内初始化赋值过程为：根据每个网格单元的位置信息赋予储存信息，所述储存信息包括边界条件、时间步长、中心位置坐标、交界面位置坐标、流体信息的平均值以及网格单元质量动量和能量的时间导数。4.根据权利要求3所述用于挤代式供应系统性能研究的数值分析方法，其特征在于，步骤2具体过程为：假设网格单元内流体信息为线性变化，结合网格单元内初始化赋予流体信息利用网格单元内的状态平均值插值到网格单元内表面上，得到每个网格单元内表面左端和右端两侧的质量、动量和能量的流动状态，即网格单元相邻界面上的状态通量。5.根据权利要求1或3或4所述用于挤代式供应系统性能研究的数值分析方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦侃，王谦，黄闯，尹厚，周舒宁，张安静，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：