一种旋流喷嘴雾化过程模拟方法、装置、设备及存储介质与流程

本发明涉及燃油雾化仿真，特别涉及一种旋流喷嘴雾化过程模拟方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、航空发动机广泛采用压力旋流雾化喷嘴进行油气混合，液体燃油在压力作用下流入具有一定旋流角度的旋流槽内，加速后在旋流室、收缩段、喷口内进行旋转流动，中心区域在液体旋流作用下形成负压区，空气回流形成气核，最终流体以空心锥形液膜形态流出。燃油液膜随后发生喷嘴附近的一次破碎以及下游的二次破碎，不但存在气液界面处物理场分布不连续的现象，还包含了燃油的多尺度运动过程。

2、由上述雾化过程可以发现航空发动机燃烧室喷雾中液体燃油在压力旋流喷嘴内经过较为复杂的流动后形成液膜，在空气的作用下发生一次破碎和二次破碎，经历了较大的变形和空间尺度变化之后，可以从雾化器的毫米尺度到最小液滴的微米量级。因压力旋流喷嘴内形成的液膜速度高、厚度薄至微米量级。

3、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

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种旋流喷嘴雾化过程模拟方法、装置、设备及存储介质，可以通过光滑粒子流体动力学方法与有限体积法耦合的方式对燃油进行首次破碎仿真，并基于离散相模型模拟的燃油粒子进行二次破碎和蒸发模拟，提高了精度和效率。其具体方案如下：

2、第一方面，本技术提供了一种旋流喷嘴雾化过程模拟方法，包括：

3、基于光滑粒子流体动力学方法模拟旋流喷嘴内的燃油液膜；

4、根据所述光滑粒子流体动力学方法与有限体积法耦合的方式在所述燃油液膜对应的燃油粒子从所述旋流喷嘴进入燃烧室的过程进行模拟仿真，得到首次破碎过程产生的第一液滴；

5、当所述第一液滴符合预设液滴转化条件时，将基于所述光滑粒子流体动力学方法模拟的所述第一液滴的燃油粒子转化为基于离散相模型模拟的燃油粒子，得到转化后液滴；

6、基于kh-rt模型对所述转化后液滴进行二次破碎仿真，得到目标液滴，并通过预设对流/扩散模型对所述目标液滴进行蒸发模拟，以完成旋流喷嘴的燃油雾化模拟过程。

7、可选的，所述基于光滑粒子流体动力学方法模拟旋流喷嘴内的燃油液膜，包括：

8、根据旋流喷嘴的几何参数设置光滑粒子流体动力学方法的边界条件；

9、基于所述光滑粒子流体动力学方法，并结合所述边界条件对所述旋流喷嘴内的燃油粒子进行仿真模拟，得到相应燃油粒子对应的燃油液膜。

10、可选的，所述根据所述光滑粒子流体动力学方法与有限体积法耦合的方式在所述燃油液膜对应的燃油粒子从所述旋流喷嘴进入燃烧室的过程进行模拟仿真，得到首次破碎过程产生的第一液滴，包括：

11、根据有限体积法的半隐式方法对燃烧室的气流进行仿真模拟，以便所述气流与通过所述旋流喷嘴喷出的燃油粒子对应的所述燃油液膜对应的燃油接触，得到所述燃油液膜在首次破碎过程产生的第一液滴；所述有限体积法与所述光滑粒子流体动力学方法通过体积分数耦合。

12、可选的，所述得到所述燃油液膜在首次破碎过程产生的第一液滴，包括：

13、根据有限体积法对预设雾化计算域进行网格初始化，得到初始流场信息；所述初始流场信息包括若干计算域网格；

14、根据所述光滑粒子流体动力学方法与有限体积法耦合的方式，并结合所述初始流场信息对所述气流和所述燃油的运动过程进行预测，以得到所述燃油液膜在首次破碎过程产生的第一液滴。

15、可选的，所述得到所述燃油液膜在首次破碎过程产生的第一液滴，包括：

16、基于线性不稳定性和所述光滑粒子流体动力学方法计算所述燃油液膜破碎后的初始液滴的平均直径，以便根据所述平均直径和相应的所述计算域网格的体积计算相关燃油粒子的体积分数，并根据所述体积分数判断所述相关燃油粒子是否符合所述预设液滴转化条件；

17、根据所述初始液滴的位置判断所述初始液滴是否处于所述计算域网格中；

18、若所述初始液滴处于所述计算域网格中，则根据所述有限体积法和所述光滑粒子流体动力学方法对所述初始液滴进行计算求解，得到第一液滴；

19、若所述初始液滴不处于所述计算域网格中，则通过所述光滑粒子流体动力学方法对应的离散方程对所述初始液滴进行计算求解，得到第一液滴。

20、可选的，所述当所述第一液滴符合预设液滴转化条件时，将基于所述光滑粒子流体动力学方法模拟的所述第一液滴的燃油粒子转化为基于离散相模型模拟的燃油粒子，得到转化后液滴，包括：

21、判断所述第一液滴的体积分数是否小于预设体积分数阈值；

22、若是，则基于所述光滑粒子流体动力学方法模拟的所述第一液滴的燃油粒子转化为基于离散相模型模拟的燃油粒子，得到转化后液滴。

23、可选的，所述基于kh-rt模型对所述转化后液滴进行二次破碎仿真，得到目标液滴，并通过预设对流/扩散模型对所述目标液滴进行蒸发模拟，以完成旋流喷嘴的燃油雾化模拟过程，包括：

24、基于kh-rt模型计算在二次破碎仿真过程中所述转化后液滴的的破碎时间和波长；

25、根据预设破碎类型条件确定所述破碎时间和所述波长对应的所述转化后液滴的破碎类型，以得到相应破碎类型产生的目标液滴；所述破碎类型包括rt破碎和kh破碎；

26、利用预设对流/扩散模型对所述目标液滴的蒸发过程进行蒸发模拟，以完成旋流喷嘴的燃油雾化模拟过程。

27、第二方面，本技术提供了一种旋流喷嘴雾化过程模拟装置，包括：

28、燃油液膜模拟模块，用于基于光滑粒子流体动力学方法模拟旋流喷嘴内的燃油液膜；

29、第一仿真破碎模块，用于根据所述光滑粒子流体动力学方法与有限体积法耦合的方式在所述燃油液膜对应的燃油粒子从所述旋流喷嘴进入燃烧室的过程进行模拟仿真，得到首次破碎过程产生的第一液滴；

30、液滴转化模块，用于当所述第一液滴符合预设液滴转化条件时，将基于所述光滑粒子流体动力学方法模拟的所述第一液滴的燃油粒子转化为基于离散相模型模拟的燃油粒子，得到转化后液滴；

31、第二仿真破碎模块，用于基于kh-rt模型对所述转化后液滴进行二次破碎仿真，得到目标液滴，并通过预设对流/扩散模型对所述目标液滴进行蒸发模拟，以完成旋流喷嘴的燃油雾化模拟过程。

32、第三方面，本技术提供了一种电子设备，包括：

33、存储器，用于保存计算机程序；

34、处理器，用于执行所述计算机程序以实现如上述的旋流喷嘴雾化过程模拟方法。

35、第四方面，本技术提供了一种计算机可读存储介质，用于保存计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的旋流喷嘴雾化过程模拟方法。

36、由此可见，本技术可以基于光滑粒子流体动力学方法模拟旋流喷嘴内的燃油液膜；根据所述光滑粒子流体动力学方法与有限体积法耦合的方式在所述燃油液膜对应的燃油粒子从所述旋流喷嘴进入燃烧室的过程进行模拟仿真，得到首次破碎过程产生的第一液滴；当所述第一液滴符合预设液滴转化条件时，将基于所述光滑粒子流体动力学方法模拟的所述第一液滴的燃油粒子转化为基于离散相模型模拟的燃油粒子，得到转化后液滴；基于kh-rt模型对所述转化后液滴进行二次破碎仿真，得到目标液滴，并通过预设对流/扩散模型对所述目标液滴进行蒸发模拟，以完成旋流喷嘴的燃油雾化模拟过程。这样一来，本技术通过光滑粒子流体动力学方法与有限体积法耦合的方式对燃油进行首次破碎仿真，并基于离散相模型模拟的燃油粒子，利用kh-rt模型和蒸发模型液滴二次破碎和蒸发过程进行仿真模拟，能够实现航空发动机燃烧室与旋流喷嘴中燃油、首次雾化、二次雾化、蒸发等雾化全过程，降低了燃油雾化蒸发仿真计算量，提高数值模拟的鲁棒性、精度和效率。