一种旋转爆震发动机的燃料喷注数值处理方法与流程

1.本发明涉及旋转爆震发动机的燃料喷注数值处理技术领域，更具体地说，它涉及一种旋转爆震发动机的燃料喷注数值处理方法。


背景技术：

2.旋转爆震发动机是一种通过在轴对称燃烧室(横截面为环形或圆形)中起爆沿圆周方向周期性传播的爆震波，从而实现快速燃烧的一类发动机的统称。可应用于火箭发动机、冲压发动机、航空涡轮发动机等热机中。数值模拟是研究旋转爆震发动机的重要手段之一。
3.对于旋转爆震发动机燃料喷注的数值处理方法，最常见的是：在数值模拟计算域的壁面上仅给出燃料喷孔作为边界，在该边界上指定质量流量入口或压力入口等边界条件，实现燃料向计算域中喷注；或者直接在计算域内部设置喷注质量源，给定该喷注质量源的质量流量来实现燃料的注入，如图1所示。
4.但上述这两种处理方法均不能正确反映燃烧室中旋转爆震的周期运动与燃料喷注之间的相互作用。这是因为，在真实发动机中，当旋转爆震波扫过某一喷孔时，该喷孔处的压力上升，表现为该燃料喷孔的喷注流量减小，甚至暂时被旋转爆震波后的高压堵塞而停止喷入燃料，待旋转爆震波远离该喷孔后，该处压力下降，喷注流量才逐渐恢复。但在数值模拟中，如果将喷孔定义为质量流量入口边界，那么无论旋转爆震波扫过该喷孔后压力升高多少，该喷孔处始终能够保证喷入指定的流量，造成数值模拟无法正确反映出旋转爆震波对燃料喷注特性的影响。同理，如果给定喷孔的压力条件，那么旋转爆震波扫过后，该喷孔的压力也会被强制赋予给定的压力值，而不会随旋转爆震波的扫过而升高，同样无法正确反映旋转爆震对燃料喷注特性的影响。对于内部喷注质量源，同样存在以上问题。
5.因此，旋转爆震发动机数值模拟的另一种常见的燃料喷注数值处理方法是将整个喷孔连同其上游的燃料喷注腔一同画出，在喷注腔的入口给定燃料的质量流量。这样，在保证燃料总流量不变的前提下，燃料的流量会根据喷孔当地的压力在各个喷孔之间进行流量分配，这样就可以正确反映出旋转爆震对燃料喷孔喷注特性的影响。但如果燃烧室构型或喷注构型较复杂(如，存在内壁喷孔的环形燃烧室，或采用侵入式的支杆或支板喷注)，将燃料喷孔连同上游的喷注腔一同画出，会给计算网格的绘制带来一定困难，需要考虑结构上的空间相容性。
6.因此，本发明旨在提出一种旋转爆震发动机燃料喷注的数值处理方法，以解决上述问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种旋转爆震发动机的燃料喷注数值处理方法，既能将燃料喷孔及其上游喷注腔一同画出，又可以避免空间相容性上的考虑，使数值模拟既能反映出旋转爆震波对燃料喷注特性的影响，又能简化网格绘制过程。
8.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种旋转爆震发动机的燃料喷注数值处理方法，包括以下步骤：
9.s1、将旋转爆震发动机本体作为独立计算域，即计算域a，将燃料喷孔及其上游喷注腔作为另一个独立计算域，即计算域b；
10.s2、将计算域a和计算域b上的燃料喷孔边界均设定为周期性边界，并使其彼此数据实时连通共享；
11.s3、在进行数值模拟时，计算域a和计算域b同步进行计算，将计算域b的燃料喷孔边界的各项流场数据传给计算域a中的燃料喷孔边界，使燃料喷入旋转爆震发动机燃烧室；
12.s4、根据步骤s3，将计算域a中燃料喷孔边界处的各项流场数据实时回传给计算域b中的燃料喷孔边界，用于计算域b中流场的迭代更新，实现对真实喷注环境下旋转爆震发动机的数值模拟，正确反映旋转爆震对燃料喷注特性的影响。
13.进一步地，步骤s2的具体方法为：
14.在计算域a中，仅给出燃料喷孔边界，并指定该边界为周期性边界，即该边界和另一位置处的某一边界连通；在计算域b中，指定燃料喷注腔入口为质量流量入口边界，指定燃料喷孔边界为周期性边界，并确保其与计算域a中的燃料喷孔边界具有相同的形状及网格尺寸，从而与计算域a中的燃料喷孔边界连通，实现数据共享。
15.综上所述，本发明具有以下有益效果：
16.本发明通过将旋转爆震发动机本体作为独立计算域，并将燃料喷孔及其上游喷注腔作为另一独立计算域，然后将两个计算域上的燃料喷孔边界设定为周期性边界，实现彼此数据的实时连通共享，从而既能正确模拟旋转爆震对燃料喷注特性的影响，又能简化网格绘制过程，且无需考虑燃料喷注系统与发动机本体在构型上的空间相容性。
附图说明
17.图1是带燃料喷孔边界或内部燃料喷注质量源的旋转爆震发动机计算域示意图(轴对称三维构型在二维平面上的展开)；
18.图2是带燃料喷孔及其上游喷注腔的旋转爆震发动机计算域示意图(轴对称三维构型在二维平面上的展开)；
19.图3是本发明实施例中旋转爆震发动机本体(计算域a)与燃料喷孔及其上游喷注腔(计算域b)分别作为独立计算域的示意图(轴对称三维构型在二维平面上的展开)。
具体实施方式
20.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明的实施例及附图，对本发明的技术方案进行进一步详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
21.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
22.实施例：
23.一种旋转爆震发动机的燃料喷注数值处理方法，包括以下步骤：
24.s1、将旋转爆震发动机本体作为独立计算域，即计算域a，将燃料喷孔及其上游喷注腔作为另一个独立计算域，即计算域b，如图3所示；
25.s2、在计算域a中，仅给出燃料喷孔边界，并指定该边界为周期性边界，即该边界和另一位置处的某一边界连通(数据共用)；在计算域b中，指定燃料喷注腔入口为质量流量入口边界，指定燃料喷孔边界为周期性边界，并确保其与计算域a中的燃料喷孔边界具有相同的形状及网格尺寸，从而与计算域a中的燃料喷孔边界连通，实现数据共享；
26.s3、在进行数值模拟时，计算域a和计算域b同步进行计算，将计算域b的燃料喷孔边界的各项流场数据传给计算域a中的燃料喷孔边界，使燃料喷入旋转爆震发动机燃烧室；
27.s4、根据步骤s3，将计算域a中燃料喷孔边界处的各项流场数据实时回传给计算域b中的燃料喷孔边界，用于计算域b中流场的迭代更新，实现对真实喷注环境下旋转爆震发动机的数值模拟，正确反映旋转爆震对燃料喷注特性的影响。由于计算域a和计算域b的网格均为单独绘制，无需考虑构型上的空间相容性，从而简化了网格绘制过程。
28.在本发明的上述实施例中，本发明中的旋转爆震发动机数值模拟中的上述燃料喷注数值处理方法，既能将燃料喷孔及其上游喷注腔一同画出，又可以避免空间相容性上的考虑，使数值模拟既能反映出旋转爆震波对燃料喷注特性的影响，又能简化网格绘制过程。
29.本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。