基于火焰面模型的发动机燃烧室燃料喷注点源加载方法与流程

本发明属于发动机和计算流体力学领域，具体涉及一种基于火焰面模型的发动机燃烧室燃料喷注点源加载方法。

背景技术：

1、在发动机燃烧室数值模拟中，需要求解navier-stokes方程组，对于可压缩流，方程组由质量守恒、动量守恒和能量守恒三大守恒定律推导而来，具体的控制方程组如下：

2、；

3、如果考虑燃料喷注，则还需增加混合分数守恒方程：

4、。

5、以图1a所示的燃烧室支板模型的燃料喷孔为例，在传统燃烧室数值模拟中，为了模拟燃烧室支板的燃料喷注、混合与燃烧过程，需要对燃烧室支板所有的燃料喷孔划分如图1b所示的网格。

6、为了达到高效燃烧的目的，燃烧室通常包含几十乃至上百个喷油孔，由于燃料喷孔较小（直径通常在0.5mm~1mm量级），且数量众多（对于工程燃烧室构型，燃料喷孔个数通常在数十~数百量级），大大加剧了燃烧室网格建模难度。

7、为了模拟燃料喷注过程，传统燃烧室数值模拟采取对燃料喷孔直接划分网格的方式，这样做的好处是对喷注过程的高保真网格建模，可以较好的描述喷油孔近场物理特征，缺点是高质量网格生成困难，耗时长，网格规模大，降低了数值模拟效率。

8、近几年，随着ai的兴起，数字评估、数字设计、数智空天成为空天领域的代名词，为了实现空天发动机燃烧室高效数智设计与评估，高效可靠的数值模拟技术是一大关键技术，这对高质量网格生成提出了较大挑战。

9、当前，亟需发展一种基于火焰面模型的发动机燃烧室燃料喷注点源加载方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种基于火焰面模型的发动机燃烧室燃料喷注点源加载方法，用以模拟燃料喷注过程。

2、本发明的基于火焰面模型的发动机燃烧室燃料喷注点源加载方法，包括以下步骤：

3、s10.根据每个燃料喷孔喷注流量大小，对燃料喷孔进行分组；

4、假如发动机燃烧室有m个燃料喷孔，每个燃料喷孔对应的喷注流量为f(m)，则{f(1)，…f(m)}组成燃料喷注流量集合a，对a中的元素采用冒泡排序法进行排序，同时删除重复的元素，得到集合b={f(1)，…f(k)},集合b中的元素个数即为燃料喷孔的分组数目；

5、s20.针对每组燃料喷孔，整理喷注信息，写成文件inject.dat；

6、把每组燃料喷孔当成一个集合，整理喷注信息，喷注信息包括：本组燃料喷孔的喷注流量、喷注的燃料组分名称和质量分数、喷注的燃料温度、喷注的燃料速度，以及本组燃料喷孔包含几个燃料喷孔，每个燃料喷孔的中心点位置坐标；

7、s30.将燃料喷孔当成固体壁面，划分网格；

8、针对某一发动机燃烧室，确定坐标原点 o和 x，y，z三个坐标轴，将燃料喷孔当成固体壁面，划分网格；

9、s40.建立燃烧室数值模拟控制方程组，编制相应cfd计算程序；

10、燃烧室数值模拟控制方程组为：

11、；

12、其中，为流体密度，为压力，为总能量，为混合分数，为扩散系数，为焓，为方向速度，为方向速度，为能量通量，为剪切应力，为dirichilet常数，为时间，为方向位置；

13、s50.开始燃烧室数值模拟，计算至第n步，判断是否喷入燃料；

14、s60.如果不喷入燃料，则继续计算，直至收敛，燃烧室数值模拟计算结束；

15、s70.如果喷入燃料，则采用点源加载方式模拟燃料喷注过程；

16、读取inject.dat文件，得到每个燃料喷孔的喷注信息；根据喷注信息，计算每个燃料喷孔喷注的质量源项、动量源项、能量源项和混合分数源项；

17、s80.将每一个燃料喷孔等效为燃料喷孔中心的点，通过燃料喷孔中心的点所在网格单元加载喷注信息；

18、根据每个燃料喷孔的中心位置坐标，查找燃料喷孔在整个燃烧室网格中的编号，根据编号，将燃料喷孔喷注的质量源项、动量源项、能量源项和混合分数源项等作为源项加载至cfd控制方程的右端，即：

19、；

20、s90.求解上述控制方程组，同时更新各网格单元物理量，返回s70，迭代直至收敛，具有点源加载的燃烧室数值模拟计算结束。

21、本发明的基于火焰面模型的发动机燃烧室燃料喷注点源加载方法，针对空天发动机燃烧室中燃料喷注、混合与燃烧过程的快速、高效、准确数值模拟需求，在不降低燃烧室数值模拟精度情况下，在燃料喷孔中心点设置点源，在控制方程组中增加质量源项、动量源项、能量源项和混合分数源项，实现了既降低复杂网格生成的难度，又较好地表征燃料喷注过程的物理特征，对燃烧室数值模拟cfd程序改动小，可操作性强，降低了复杂工程构型燃烧室网格建模难度与网格数量，大幅了提高发动机评估设计效率，具有工程实用价值。

技术特征：

1.基于火焰面模型的发动机燃烧室燃料喷注点源加载方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明属于发动机和计算流体力学领域，公开了一种基于火焰面模型的发动机燃烧室燃料喷注点源加载方法。本发明提出的基于火焰面模型的发动机燃烧室燃料喷注点源加载方法，针对空天发动机燃烧室中燃料喷注、混合与燃烧过程的快速、高效、准确数值模拟需求，在不降低燃烧室数值模拟精度情况下，在燃料喷孔中心点设置点源，在控制方程组中增加质量源项、动量源项、能量源项和混合分数源项，实现了既降低复杂网格生成的难度，又较好地表征燃料喷注过程的物理特征，对燃烧室数值模拟CFD程序改动小，可操作性强，降低了复杂工程构型燃烧室网格建模难度与网格数量，大幅提高了发动机评估设计效率，具有工程实用价值。

技术研发人员：范周琴,王兰,丁海昕,孔凡夫,陈伟强,赵延辉,游云霞,张建强
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2025/2/13