【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氢能源装备领域，特别是涉及一种液氢固空生长计算方法。
技术介绍
1、液氢具有比冲高且无污染的特性，已成为运载火箭的主要推进剂之一。常温常压条件下，液氢处于沸腾状态，其与空气组成的混合物有较宽的可燃极限和爆炸极限，属于一类危险物品。当液化氢气源含有微量氧或者空气扩散到氢液化及储运装置内部时，则会形成固空，固空累积到一定比例，即使在微弱能量的激发下也存在爆炸风险，需采用定期复温来消除固空带来的安全隐患，但当前仅能参考相对严格的国军标或者航天标准。然而，频繁复温存在耗时长和冷量损耗大等缺陷，制约着液氢推进剂的大规模应用。
2、目前，对于固空问题的关注度相对较少，特别是理论研究方面，多采用元胞自动机耦合格子玻尔兹曼方法进行固空生长数值模拟，但此类方法不能模拟液氢固空生长的分枝过程。相场法能够有效解决此类问题，但现在并未有相场法在液氢固空生长过程的计算参考案例。同时，由于相场法计算时需要使计算网格的空间尺寸保持在较小的范围，但此时会导致计算域内的网格数量较大，进而使得速度场计算所需的计算资源上升，整体计算过程陷入停滞。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种液氢固空生长计算方法，构建了相场法计算液氢固空生长过程的详细流程，并解决相场和速度场对计算网格数量的差异性矛盾。
2、本专利技术所采用的具体技术方案如下：
3、本专利技术提供了一种液氢固空生长计算方法，具体如下：
4、s1：设置软件初始参数，所述
5、s2：在s1设置好初始参数的软件中，针对液氢固空生长计算域，分别设置面向相场、温度场、浓度场的密网格a和面向速度场的疏网格b；
6、s3：在s2所述密网格a中，设置液氢固空的初始晶核；晶核中心位置的固相率设置为1，边界位置的固相率设置为0.5；
7、s4：在s3设置好的密网格a中，计算离散后的相场方程，并更新计算后的数值；
8、s5：在s3设置好的密网格a中，根据包括速度场在内的信息，计算离散后的浓度场方程，并更新计算后的数值；
9、s6：在s3设置好的密网格a中，根据包括速度场、相场、浓度场在内的信息，计算离散后的温度场方程，并更新计算后的数值；
10、s7：采用三次样条插值算法将s6更新后的温度场信息以及s5更新后的浓度场信息由密网格a转化为疏网格b；
11、s8：在s2所述疏网格b中，将s7转化后的温度场和浓度场作为自然对流驱动源项，计算离散后的速度场方程，并更新计算后的数值；
12、s9：采用双线性插值法，将s8更新后的速度场信息由疏网格b转化为密网格a；
13、s10：判断迭代是否结束；若结束则进行s11，否则进行s4～s10；
14、s11：根据s4～s6所得结果，计算包括枝晶生长速度、氧富集程度在内的分析参数，并输出相场、温度场、速度场、浓度场的物理云图。
15、作为优选，所述s1中软件为matlab或c语言。
16、作为优选，所述s4～s6的密网格a中计算的相场、温度场、浓度场方程采用显式差分方式进行离散。
17、作为优选，所述s8的疏网格b中的速度场方程采用隐式差分方式进行离散。
18、作为优选，所述s4～s6以及s8中，离散后的代数方程采用结合超松弛技术的高斯赛德尔迭代法数值求解。
19、作为优选，所述s8中，离散后的速度场方程计算采用压力关联半隐式方法来求解压力修正方程。
20、作为优选，所述s10中，预先设置循环迭代总次数以作为判断迭代是否结束的标准。
21、本专利技术相比现有技术突出且有益的技术效果是：构建了一种采用相场、温度场、浓度场和流场多场耦合的数值计算方法，能够有效对液氢固空生长过程进行数值模拟，并且可以准确描述固空生长的分枝现象，计算精度相对于常规元胞自动机方法有了大幅提升。设计了一种双套网格并行计算技术，使相场模型的计算精度和速度场的计算时间均能够满足要求，有效解决了相场和速度场对计算网格数量的矛盾性差异，并且将该技术与多场耦合的数值计算方法深度耦合，综合提升计算方法的有效性和鲁棒性。
22、以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果做进一步说明，以充分的了解本专利技术的目的、特征和效果。
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1.一种液氢固空生长计算方法，其特征在于，具体如下：
2.根据权利要求1所述的一种液氢固空生长计算方法，其特征在于，所述S1中软件为matlab或C语言。
3.根据权利要求1所述的一种液氢固空生长计算方法，其特征在于，所述S4～S6的密网格a中计算的相场、温度场、浓度场方程采用显式差分方式进行离散。
4.根据权利要求1所述的一种液氢固空生长计算方法，其特征在于，所述S8的疏网格b中的速度场方程采用隐式差分方式进行离散。
5.根据权利要求1所述的一种液氢固空生长计算方法，其特征在于，所述S4～S6以及S8中，离散后的代数方程采用结合超松弛技术的高斯赛德尔迭代法数值求解。
6.根据权利要求1所述的一种液氢固空生长计算方法，其特征在于，所述S8中，离散后的速度场方程计算采用压力关联半隐式方法来求解压力修正方程。
7.根据权利要求1所述的一种液氢固空生长计算方法，其特征在于，所述S10中，预先设置循环迭代总次数以作为判断迭代是否结束的标准。
【技术特征摘要】
1.一种液氢固空生长计算方法，其特征在于，具体如下：
2.根据权利要求1所述的一种液氢固空生长计算方法，其特征在于，所述s1中软件为matlab或c语言。
3.根据权利要求1所述的一种液氢固空生长计算方法，其特征在于，所述s4～s6的密网格a中计算的相场、温度场、浓度场方程采用显式差分方式进行离散。
4.根据权利要求1所述的一种液氢固空生长计算方法，其特征在于，所述s8的疏网格b中的速度场方程采用隐式差分方式进行离散。...
【专利技术属性】
技术研发人员：张春伟，李达银，汪丽，苏谦，宋坤，陈永，蒋全浩，谢志阳，李庆港，郑栋晨，石宁钰，李山峰，王成刚，
申请(专利权)人：北京航天试验技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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