固体推进剂配方设计用羽流场数据结构网格化处理方法

摘要

本发明公开了一种固体推进剂配方设计用羽流场数据结构网格化处理方法，包括步骤：一、羽流场计算及数据存储；二、燃烧产物信息输入；三、气相产物羽流场数据结构网格化处理，过程如下：喷流区域气相产物流场数据读取、构建结构网格图和气相产物羽流场数据结构网格化处理；四、凝聚相产物羽流场数据结构网格化处理，过程如下：初始参数设定、粒子轨迹数据读取、发动机喷管入口处矩形网格数量获取及各喷管入口矩形网格的上下边界确定和凝聚相产物羽流场数据结构网格化处理。本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能简便、快速将基于非结构网格的流场数据转换成基于结构网格的对应数据以便后续计算使用。

主权项

一种固体推进剂配方设计用羽流场数据结构网格化处理方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、羽流场计算及数据存储：采用数据处理器调用FULENT软件且对所设计固体推进剂进行羽流场计算后，将羽流场计算结果自动输出并存储至与所述数据处理器相接的数据存储单元内；其中，所输出的羽流场计算结果中包括气相产物羽流场计算结果和凝聚相产物羽流场计算结果；步骤二、燃烧产物信息输入：通过参数输入单元输入所设计固体推进剂燃烧后所产生燃烧产物的数量m以及各燃烧产物的属性信息和平衡组分，各燃烧产物的属性信息均包括化学式和相态，其中相态为气相或凝聚相，m个燃烧产物的平衡组分之和＝1，m个燃烧产物中所有凝聚相产物的平衡组分之和记为n_x；同时，通过所述参数输入单元，对所设计固体推进剂燃烧后所产生燃烧产物中Al₂O₃颗粒的平均粒径D_n进行设定；所述参数输入单元与所述数据处理器相接；步骤三、气相产物羽流场数据结构网格化处理，其处理过程如下：步骤301、喷流区域气相产物流场数据读取：采用所述数据处理器从步骤一中的气相产物羽流场计算结果中读取所设计固体推进剂的喷流区域中所有非结构网格节点的流场数据；所述喷流区域为发动机喷管出口后方的矩形区域；步骤302、轴向坐标轴上非结构网格点提取：采用所述数据处理器从步骤301中所述喷流区域中的所有非结构网格节点中提取位于轴向坐标轴上的所有非结构网格点，本步骤中所提取的位于轴向坐标轴上的非结构网格点总数量为N_X；其中，轴向坐标轴为所述发动机喷管的中心轴线所在的横坐标轴，位于轴向坐标轴上的非结构网格点的径向坐标y_h＝0且其轴向坐标x_h≥0，其中h为正整数，且h＝1，2，…，N_X；步骤303、径向坐标轴上非结构网格点提取：采用所述数据处理器从步骤301中所述喷流区域中的所有非结构网格节点中提取位于径向坐标轴上的所有非结构网格点，所提取的位于径向坐标轴上的非结构网格点总数量为N_Y出；其中，径向坐标轴为所述发动机喷管出口处所在的纵坐标轴且发动机喷管出口处的轴向坐标值为0，位于径向坐标轴上的非结构网格点的轴向坐标x_k1＝0且其径向坐标y_k1≥0，其中k1为正整数，且k1＝1，2，…，N_Y出；步骤304、构建结构网格图：将N_X条直线x＝x_h和N_Y出条直线y＝y_k1正交后，构建出一个包含(N_X－1)×(N_Y出－1)个矩形网格的结构网格图；步骤305、气相产物羽流场数据结构网格化处理：采用所述数据处理器对步骤304中所构建结构网格图中各矩形网格的四个顶点的气相产物流场数据分别进行重新赋值；所有矩形网格中各顶点的气相产物流场数据重新赋值方法均相同，其中对于所构建结构网格图中任一个矩形网格的任一顶点的气相产物流场数据进行重新赋值时，所述数据处理器先从步骤301中所述喷流区域中的所有非结构网格节点中找出与当前被赋值顶点距离最近的非结构网格节点，并将所找出的非结构网格节点的气相产物流场数据赋给当前被赋值的顶点；步骤四、凝聚相产物羽流场数据结构网格化处理：所述数据处理器利用步骤304中所构建的结构网格图对M个不同粒径粒子的粒子轨迹数据分别进行结构网格化处理，过程如下：步骤401、结构网格化处理初始参数设定：采用所述参数输入单元对M的取值和M个不同粒径粒子的粒径D_nr分别进行设定；其中，r为正整数，且r＝1,2，…，M；步骤402、粒子轨迹数据读取：采用所述数据处理器从步骤一中所输出的凝聚相产物羽流场计算结果中读取所设计固体推进剂的所有粒子轨迹数据；其中，所读取的凝聚相产物羽流场计算结果包括粒子质量文件、粒子温度随轨迹变化的文件、粒子直径随轨迹变化的文件和粒子轨迹的时间步长文件；步骤403、发动机喷管入口矩形网格数量获取及各喷管入口矩形网格的上下边界确定：首先，采用所述数据处理器从步骤一中所输出的气相产物羽流场计算结果中读取所设计固体推进剂的发动机喷管区域中所有非结构网格节点的流场数据；之后，采用所述数据处理器从所读取的发动机喷管区域中的所有非结构网格节点中提取位于直线x＝‑Δd上的所有非结构网格节点，所提取的位于直线x＝‑Δd上的非结构网格点总数量为N_Y入；其中，位于直线x＝‑Δd上的非结构网格节点的轴向坐标x_k2＝‑Δd且其径向坐标y_k2≥0，其中k2为正整数，且k2＝1，2，…，N_Y入；Δd为所述发动机喷管入口至喷管出口之间的距离；所获取的喷管入口矩形网格数量为(N_Y入‑1)个，各喷管入口矩形网格的上下边界分别为上下相邻的两条直线y＝y_k2；步骤404、凝聚相产物羽流场数据结构网格化处理：采用数据处理器并以步骤403中所述的(N_Y入‑1)个喷管入口矩形网格分别作为起始网格进行粒子轨迹结构网格化处理，每个喷管入口矩形网格作为起始网格进行粒子轨迹结构网格化处理的过程均相同；并且，以任一个喷管入口矩形网格作为起始网格进行粒子轨迹结构网格化处理时，均对以当前所处理喷管入口矩形网格作为起始网格的M个不同粒径粒子轨迹分别进行结构网格化处理，且M个不同粒径粒子轨迹的结构网格化处理方法均相同；其中，对M个不同粒径粒子轨迹中的任一条粒子轨迹进行结构网格化处理时，均分别计算出当前所处理粒子轨迹在所述结构网格图中途经的所有矩形网格内的粒子轨迹网格化数据，且每个矩形网格内的粒子轨迹网格化数据均包括粒子质量、粒子数密度、粒子平均直径和粒子平均温度。