一种燃烧室雾化过程模拟方法、装置、设备及存储介质制造方法及图纸

本申请公开了一种燃烧室雾化过程模拟方法、装置、设备及存储介质，涉及雾化技术领域，包括：利用基于VOF算法和Level

【技术实现步骤摘要】
一种燃烧室雾化过程模拟方法、装置、设备及存储介质


[0001]本申请涉及雾化
，特别涉及一种燃烧室雾化过程模拟方法、装置、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]燃烧室雾化过程分为一次破碎和二次破碎两部分。一次破碎的特点是喷嘴喷出的液体射流在空气动力和湍流的作用下引起气液界面不稳定发展，进而导致射流破碎成液带和大液滴。在二次破碎时，一次破碎产生的液带或大液滴进一步分解成团状分散的小液滴，直至小液滴的表面张力起主导作用，形成稳定的球形液滴。
[0003]由上述雾化过程可以发现燃烧室喷雾中液体燃油在经历了较大的空间尺度变化之后，可以从雾化器的毫米尺度到最小液滴的微米量级。因此，即使是在目前可行的大规模并行计算条件下，进行燃烧室的详细雾化过程数值模拟、深度揭示燃油雾化机理也非常具有挑战性。
[0004]目前，在对燃烧室的详细雾化过程进行数值模拟时通常采用VOF（Volume of Fluid，流体体积法）模型或Level
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Set（水平集）模型，然而VOF模型和Level
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Set模型都是属于基于欧拉体系的两相流模型，依赖于网格的细密程度捕捉燃油的气液界面，因此适用于仿真燃油雾化的一次破碎过程，在捕捉二次破碎液滴时将导致网格量大幅提高而无法实现。
[0005]因此，如何对燃烧室的详细雾化过程进行数值模拟是目前还有待进一步解决的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本申请的目的在于提供一种燃烧室雾化过程模拟方法、装置、设备及存储介质，能够将低浓度欧拉燃油液滴转化为拉格朗日液滴云团，实现燃烧室近场和远场雾化过程的模拟，提高燃烧室喷雾模拟的精度和效率，大幅降低数值模拟的计算量。其具体方案如下：第一方面，本申请公开了一种燃烧室雾化过程模拟方法，包括：利用基于VOF算法和Level
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Set算法构建的欧拉两相流模型对燃烧室雾化过程中一次破碎过程进行模拟，并对所述一次破碎过程中液体射流破碎产生的液滴进行捕捉，得到欧拉燃油液滴；判断所述欧拉燃油液滴是否满足预设转换条件；若所述欧拉燃油液滴满足所述预设转换条件，则将所述欧拉燃油液滴转化为拉格朗日液滴，并基于拉格朗日算法构建的二次破碎模型对所述燃烧室雾化过程中的二次破碎进行预测，获得空间分布的拉格朗日液滴云团，进而完成燃烧室雾化全过程仿真。
[0007]可选的，所述对所述一次破碎过程中液体射流破碎产生的液滴进行捕捉，得到欧拉燃油液滴，包括：
基于所述欧拉两相流模型求解得到的液体燃油相体积分数流场对所述一次破碎过程中液体射流破碎产生的液滴进行识别，得到欧拉燃油液滴。
[0008]可选的，所述基于所述欧拉两相流模型求解得到的液体燃油相体积分数流场对所述一次破碎过程中液体射流破碎产生的液滴进行识别，得到欧拉燃油液滴，包括：利用所述Level
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Set算法求解的符号距离函数对所述一次破碎过程中产生的气液界面的法向量进行计算，得到气液界面法向量；通过所述VOF算法并基于所述气液界面法向量重构所述气液界面，并求解相方程得到液体燃油相体积分数流场；利用CCL算法并根据所述液体燃油相体积分数流场对所述一次破碎过程中液体射流破碎产生的液滴进行识别，得到欧拉燃油液滴。
[0009]可选的，所述利用CCL算法并根据所述液体燃油相体积分数流场对所述一次破碎过程中液体射流破碎产生的液滴进行识别，得到欧拉燃油液滴，包括：分别判断所述液体燃油相体积分数流场中各个网格单元对应的相体积分数是否大于预设阈值；若所述液体燃油相体积分数流场中各个网格单元对应的相体积分数大于所述预设阈值，则利用CCL算法对所述液体燃油相体积分数流场中的网格单元进行标记，得到标记后液体单元；遍历所有所述标记后液体单元，并为每一所述标记后液体单元赋予唯一的编号；按照编号从小到大的顺序将共享一个单元面的所有所述网格单元组成一个欧拉燃油液滴，并将所述欧拉燃油液滴对应的所述单元面中的最小编号作为所述欧拉燃油液滴的编号。
[0010]可选的，所述判断所述欧拉燃油液滴是否满足预设转换条件，包括：计算所述欧拉燃油液滴的特征信息，并判断所述特征信息是否满足预设转换条件。
[0011]可选的，所述将所述欧拉燃油液滴转化为拉格朗日液滴，包括：将所述欧拉燃油液滴的相体积分数赋值为0，并在预设的拉格朗日存储容器中添加预先创建的LPT液滴；基于连续相流场对所述LPT液滴进行求解，得到求解结果，并利用所述求解结果对所述LPT液滴的特征信息进行更新，得到拉格朗日液滴。
[0012]可选的，所述基于拉格朗日算法构建的二次破碎模型对所述燃烧室雾化过程中的二次破碎进行预测，获得空间分布的拉格朗日液滴云团之前，还包括：判断当前是否达到预设时间迭代步，若未达到则遍历所述拉格朗日存储容器中的所述LPT液滴，并判断所述LPT液滴的特征信息是否满足预设的离散相液滴存在条件；若所述LPT液滴的特征信息满足预设的所述离散相液滴存在条件，则删除所述LPT液滴，并通过连续相源项方式添加欧拉燃油源项。
[0013]第二方面，本申请公开了一种燃烧室雾化过程模拟装置，包括：一次破碎模拟模块，用于利用基于VOF算法和Level
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Set算法构建的欧拉两相流模型对燃烧室雾化过程中一次破碎过程进行模拟，并对所述一次破碎过程中液体射流破碎产生的液滴进行捕捉，得到欧拉燃油液滴；
判断模块，用于判断所述欧拉燃油液滴是否满足预设转换条件；二次破碎模拟模块，用于如果所述欧拉燃油液滴满足所述预设转换条件，则将所述欧拉燃油液滴转化为拉格朗日液滴，并基于拉格朗日算法构建的二次破碎模型对所述燃烧室雾化过程中的二次破碎进行预测，获得空间分布的拉格朗日液滴云团，进而完成燃烧室雾化全过程仿真。
[0014]第三方面，本申请公开了一种电子设备，包括处理器和存储器；其中，所述处理器执行所述存储器中保存的计算机程序时实现前述的燃烧室雾化过程模拟方法。
[0015]第四方面，本申请公开了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序；其中，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的燃烧室雾化过程模拟方法。
[0016]可见，本申请先利用基于VOF算法和Level
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Set算法构建的欧拉两相流模型对燃烧室雾化过程中一次破碎过程进行模拟，并对所述一次破碎过程中液体射流破碎产生的液滴进行捕捉得到欧拉燃油液滴，然后判断所述欧拉燃油液滴是否满足预设转换条件，如果所述欧拉燃油液滴满足所述预设转换条件，则将所述欧拉燃油液滴转化为拉格朗日液滴，并基于拉格朗日算法构建的二次破碎模型对所述燃烧室雾化过程中的二次破碎进行预测，获得空间分布的拉格朗日液滴云团，进而完成燃烧室雾化全过程仿真。本申请通过基于VOF算法和Level
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Set算法构建的欧拉两相流模型对一次破碎过程进行模拟，并通过基于拉格朗日算法构建的二次破碎模型对二次破碎过程进行模拟，能够将低浓度欧拉燃油液滴转化为拉格朗日液滴云团，实现燃烧室近场和远场雾化过程的模拟，提高燃烧室喷雾本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃烧室雾化过程模拟方法，其特征在于，包括：利用基于VOF算法和Level
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Set算法构建的欧拉两相流模型对燃烧室雾化过程中一次破碎过程进行模拟，并对所述一次破碎过程中液体射流破碎产生的液滴进行捕捉，得到欧拉燃油液滴；判断所述欧拉燃油液滴是否满足预设转换条件；若所述欧拉燃油液滴满足所述预设转换条件，则将所述欧拉燃油液滴转化为拉格朗日液滴，并基于拉格朗日算法构建的二次破碎模型对所述燃烧室雾化过程中的二次破碎进行预测，获得空间分布的拉格朗日液滴云团，进而完成燃烧室雾化全过程仿真。2.根据权利要求1所述的燃烧室雾化过程模拟方法，其特征在于，所述对所述一次破碎过程中液体射流破碎产生的液滴进行捕捉，得到欧拉燃油液滴，包括：基于所述欧拉两相流模型求解得到的液体燃油相体积分数流场对所述一次破碎过程中液体射流破碎产生的液滴进行识别，得到欧拉燃油液滴。3.根据权利要求2所述的燃烧室雾化过程模拟方法，其特征在于，所述基于所述欧拉两相流模型求解得到的液体燃油相体积分数流场对所述一次破碎过程中液体射流破碎产生的液滴进行识别，得到欧拉燃油液滴，包括：利用所述Level
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Set算法求解的符号距离函数对所述一次破碎过程中产生的气液界面的法向量进行计算，得到气液界面法向量；通过所述VOF算法并基于所述气液界面法向量重构所述气液界面，并求解相方程得到液体燃油相体积分数流场；利用CCL算法并根据所述液体燃油相体积分数流场对所述一次破碎过程中液体射流破碎产生的液滴进行识别，得到欧拉燃油液滴。4.根据权利要求3所述的燃烧室雾化过程模拟方法，其特征在于，所述利用CCL算法并根据所述液体燃油相体积分数流场对所述一次破碎过程中液体射流破碎产生的液滴进行识别，得到欧拉燃油液滴，包括：分别判断所述液体燃油相体积分数流场中各个网格单元对应的相体积分数是否大于预设阈值；若所述液体燃油相体积分数流场中各个网格单元对应的相体积分数大于所述预设阈值，则利用CCL算法对所述液体燃油相体积分数流场中的网格单元进行标记，得到标记后液体单元；遍历所有所述标记后液体单元，并为每一所述标记后液体单元赋予唯一的编号；按照编号从小到大的顺序将共享一个单元面的所有所述网格单元组成一个欧拉燃油液滴，并将所述欧拉燃油液滴对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彬，张威龙，程林，谢汭之，何旭，王子维，王栋志，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：