喷火枪射流分析方法

本发明属于专门适用于特定应用的数字计算或数据处理设备或方法，具体涉及一种喷火枪射流分析方法。

背景技术：

1、喷火枪是一种发射出一道燃烧中的可燃液体的装置，多用于军事及其它一些需要有受控火焰的方面。火焰喷射器由背包和火焰枪组成。背包内含高压的惰性推进气体和凝固汽油。火焰枪包括一个小容器，一个弹簧阀与一套点火装置，扣下扳机时，弹簧阀将打开，高压易燃液体流经点火装置，并从喷嘴喷出的同时点火。

2、而点火后产生的射流是喷火枪性能的一种重要标准，因此对喷火枪的射流进行分析，是对喷火枪研发、改进中非常重要的一环，基于此，发明人研发了一种喷火枪射流分析方法，能够能实现对喷火枪的射流进行发生分析。

技术实现思路

1、本发明意在提供喷火枪射流分析方法，本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，喷火枪射流分析方法，建立喷火枪射流模型，基于模型进行射流分析；

3、喷火枪射流模型包括：

4、(1)计算域和边界条件

5、喷火枪射流计算域包含喷嘴部分和射流部分，喷火枪的喷嘴下方的计算域宽度设置为1.5m，喷嘴上方宽度设置为0.5m；在计算域的边界条件中，喷嘴入口设置为速度入口，喷嘴管道边界设置为壁面，地面也设置为壁面，其他边界设置为压力出口；

6、(2)流动控制方程

7、采用雷诺平均方法对湍流进行模化，采用的流动控制方程为不可压缩雷诺平均方程：

8、

9、(3)湍流模型

10、采用k-ε模型构建湍流模型，同时引入二层壁面模型，此模型中，整个区域被分为一个有粘性影响的区域和一个完全湍流区域；

11、(4)多相流模型

12、采用vof模型作为多相流模型，其约束条件为：

13、

14、(5)离散格式

15、采用有限体积法对控制方程进行离散，将计算区域划分为一系列不重复的控制体积，并使每个网格点周围有一个控制体积；将待解的微分方程对每一个控制体积积分，得出一组离散方程，其中的未知数是网格点上的因变量的数值。

16、在本发明的另一种优选实施方式中，在计算域中生成四边形网格，具体步骤为：

17、(1)根据流动特点进行分区，并确定每区中的网格拓扑；

18、(2)生成边界层网格；

19、(3)生成各区交界线网格；

20、(4)生成各子域网格；

21、(5)优化各子域网格。

22、在本发明的另一种优选实施方式中，生成四边形网格时，基于网格液体体积分数梯度这一指标，标记出网格需要加密的区域，并对网格进行加密。

23、在本发明的另一种优选实施方式中，网格加密的规则为液体体积分数梯度大于0.5，粗化规则为液体体积分数梯度小于0.2，最高加密层级为3层，每20个时间步进行一次检查和加密。

24、在本发明的另一种优选实施方式中，建立湍流模型时，不同的区域中的具体处理为：

25、(1)在完全湍流区将使用k-ε模型；

26、(2)在有粘性影响的近壁面区域使用一方程模型。

27、在本发明的另一种优选实施方式中，在给定单元内离散的方程为：

28、

29、在本发明的另一种优选实施方式中，采用二阶迎风格式进行空间离散，表面值φf的计算方程为：在本发明的另一种优选实施方式中，时间离散格式，设变量φ随时间变化的表达式为：

30、本发明的有益效果：

31、(1)本发明在生成四边形网格时，根据射流的分布情况自动进行局部调整，能够提高计算精度和效率。

32、(2)通过在流场特征发生变化的位置上增加网格密度，以保证在这些区域内的计算精度，而在其他区域网格可以尽量粗糙，从而提高计算效率。

33、(3)雷诺应力项的出现使得雷诺方程不是封闭的，因此通过额外给出的湍流模型能使得数学模型封闭。

34、(4)标准k-ε模型是针对充分发展的湍流才有效的，只能用于求解处于湍流核心区的流动，并不适用于近壁面区的流动。基于此，本发明引入了二层壁面模型。

35、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.喷火枪射流分析方法，其特征在于：建立喷火枪射流模型，基于模型进行射流分析；

2.根据权利要求1所述的喷火枪射流分析方法，其特征在于：在计算域中生成四边形网格，具体步骤为：

3.根据权利要求2所述的喷火枪射流分析方法，其特征在于：生成四边形网格时，基于网格液体体积分数梯度这一指标，标记出网格需要加密的区域，并对网格进行加密。

4.根据权利要求3所述的喷火枪射流分析方法，其特征在于：网格加密的规则为液体体积分数梯度大于0.5，粗化规则为液体体积分数梯度小于0.2，最高加密层级为3层，每20个时间步进行一次检查和加密。

5.根据权利要求4所述的喷火枪射流分析方法，其特征在于：建立湍流模型时，不同的区域中的具体处理为：

6.根据权利要求5所述的喷火枪射流分析方法，其特征在于：在给定单元内离散的方程为：

7.根据权利要求6所述的喷火枪射流分析方法，其特征在于：采用二阶迎风格式进行空间离散，表面值φf的计算方程为：φf＝φ+▽φ·δs。

8.根据权利要求7所述的喷火枪射流分析方法，其特征在于：时间离散格式，设变量φ随时间变化的表达式为：

技术总结
本发明属于专门适用于特定应用的数字计算或数据处理设备或方法技术领域，公开了喷火枪射流分析方法，建立喷火枪射流数学模型和离散方法，基于模型进行射流分析；喷火枪射流计算域包含喷嘴部分和射流部分，喷火枪的喷嘴下方的计算域宽度设置为1.5m，喷嘴上方宽度设置为0.5m；在计算域的边界条件中，喷嘴入口设置为速度入口，喷嘴管道边界设置为壁面，地面也设置为壁面，其他边界设置为压力出口；采用雷诺平均方法对湍流进行模化；采用k‑ε模型构建湍流模型，同时引入二层壁面模型；采用VOF模型作为多相流模型；采用有限体积法对控制方程进行离散。本发明解决通过构建喷火枪射流模型，能方便完成对喷火枪射流进行分析。

技术研发人员：张国庆,王楠楠,郑腾炼,温岳澄
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/28