CN117252128A - 一种旋流喷嘴雾化过程模拟方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种旋流喷嘴雾化过程模拟方法、装置、设备及存储介质，涉及燃油雾化仿真技术领域，包括：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；根据光滑粒子流体动力学方法与有限体积法耦合的方式得到首次破碎的第一液滴；当第一液滴符合预设液滴转化条件时，将第一液滴的燃油粒子转化为离散相模型的燃油粒子，得到转化后液滴；基于KH‑RT模型对转化后液滴进行二次破碎仿真得到目标液滴，通过预设对流/扩散模型进行蒸发模拟，以完成旋流喷嘴的燃油雾化模拟过程。这样一来，通过光滑粒子流体动力学方法与有限体积法耦合的方式进行首次破碎仿真，并基于离散相模型转化燃油粒子以进行二次破碎和蒸发模拟，提高了精度和效率。
Description
技术领域
本发明涉及燃油雾化仿真技术领域，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
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。
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。
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。
发明内容
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：
第一方面，本申请提供了一种旋流喷嘴雾化过程模拟方法，包括：
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。
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：
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；
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。
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：
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。
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：
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；
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。
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：
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；
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；
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；
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。
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：
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；
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。
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：
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；
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；
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。
第二方面，本申请提供了一种旋流喷嘴雾化过程模拟装置，包括：
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；
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；
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；
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。
第三方面，本申请提供了一种电子设备，包括：
存储器，用于保存计算机程序；
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。
第四方面，本申请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。
由此可见，本申请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，本申请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。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请公开的一种旋流喷嘴雾化过程模拟方法流程图；
图2为本申请公开的一种具体的旋流喷嘴雾化过程模拟方法流程图；
图3为本申请公开的一种具体的燃油液滴运动求解方法流程图；
图4为本申请公开的一种具体的旋流喷嘴雾化过程模拟方法流程图；
图5为本申请公开的一种旋流喷嘴雾化过程模拟装置结构示意图；
图6为本申请公开的一种电子设备结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1所示，本发明实施例公开了一种旋流喷嘴雾化过程模拟方法，包括：
步骤S11、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。
本申请中，旋流喷嘴内部燃油的流动采用SPH（Smoothed ParticleHydrodynamics，光滑粒子流体动力学方法）进行模拟，呈现燃油从喷嘴入口流经旋流槽形成燃油液膜的过程。在具体的实施例中，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，可以包括：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；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。具体的，首先根据旋流喷嘴的几何参数设置SPH边界条件，喷嘴入口分布SPH燃油液滴（燃油粒子），燃油（液滴）从旋流喷嘴的入口流经旋流槽形成燃油液膜。
步骤S12、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。
进一步的，当燃油从旋流喷嘴进入燃烧室时，燃油与空气接触，会存在燃油液膜破碎的过程。本申请基于SPH耦合FVM（Finite Volume Method，有限体积法）模拟燃油和气流两相流动，以在燃油从旋流喷嘴进入燃烧室时，得到相应首次破碎过程产生的第一液滴。在一种具体的实施例中，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，可以包括：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。具体的，首先基于FVM的SIMPLE算法模拟气体流动，气液相互作用通过源项传递；可以理解的是，SPH方法与FVM方法通过相体积分数联系起来，SPH粒子作为真实液滴，具有液滴直径、体积和密度，SPH方法对燃油宏观模拟时的SPH燃油液滴具有有效密度，通过有效密度和液滴密度来计算相体积分数。在具体的实施例中，所述得到所述燃油液膜在首次破碎过程产生的第一液滴，可以包括：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；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液膜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。具体的，先对预设雾化计算域的网格节点进行初始化，得到初始流场信息，其中包括若干个计算域网格；之后，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，结合初始流场信息对气液运动的过程进行预测，这样在燃油液滴与燃烧室内气体接触时，模拟首次破碎产生的第一液滴的运动过程。
在另一种具体的实施例中，所述得到所述燃油液膜在首次破碎过程产生的第一液滴，可以包括：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；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；若所述初始液滴处于所述计算域网格中，则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对所述初始液滴进行计算求解，得到第一液滴；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。具体的，可以基于线性不稳定性和SPH计算出燃油液膜首次破碎后产生的初始液滴的平均直径，后续根据液滴对应的平均直径可以计算单个计算域网格内液滴的总液滴体积，以根据总液滴体积和相应计算域网格的体积计算燃油液滴（SPH燃油粒子）的体积分数；进一步的，体积分数可以用来判断是否可以对相关液滴的类型进行转化。相应的，在燃油液膜首次破碎后搜索临近液滴，计算相应核函数；之后根据破碎后产生液滴的位置判断相应液滴是否处于计算域网格中，若是，则基于FVM耦合SPH的方式对初始液滴进行求解，得到燃油破碎产生的第一液滴；相应的，若否，则基于预设的迭代时间对SPH燃油粒子进行求解。
步骤S13、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。
本申请中，可以理解的是，燃油进行一次破碎过程后的得到第一液滴也存在不同体积分数（根据若干液滴的平均直径计算液滴体积，利用液滴体积和液滴所在的计算域网格的体积计算得到体积分数），则根据体积分数可以将第一液滴转化为基于DPM（DiscretePhase Method，即离散相模型）的液滴。在具体的实施例中，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，可以包括：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；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。具体的，预设液滴转化条件可以是体积分数的阈值，具体可以判断第一液滴的体积分数是否小于预设的体积分数阈值，若是，则将基于SPH的燃油粒子转化为基于DPM的燃油粒子，得到转化后液滴（DPM液滴）；可以理解的是，SPH液滴和DPM液滴均为拉格朗日系粒子，它们之间的转化无需特殊处理，更改标记即可，转化效率和精度都比较高。
步骤S14、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。
进一步的，通过前述步骤得到首次破碎后的燃油液滴，其中燃油液滴会存在二次破碎以及蒸发的过程；相应的，本申请中对液滴的二次破碎过程进行仿真时，可以基于KH-RT（Kelvin-Helmholtz-Rayleigh-Taylor）模型（油滴破碎模型）进行二次破碎模拟，并通过预设的对流/扩散模型对相关液滴进行蒸发模拟，以完成旋流喷嘴的燃油雾化模拟过程。在一种具体的实施例中，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，可以包括：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破碎时间和波长；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；利用预设对流/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。具体的，首先基于KH-RT模型计算在二次破碎过程中各个液滴（DPM液滴）的破碎时间和波长，根据这些信息可以判断液滴发生破碎的类型，不同的破碎类型对应各自的目标液滴，其破碎产生的液滴的半径也不同。之后再利用预设对流/扩散模型对目标液滴的蒸发过程进行模拟，这样完成整个旋流喷嘴的燃油雾化模拟过程。需要指出的是，前述二次破碎及蒸发模拟的过程是针对DPM液滴，若是首次破碎后的第一液滴不满足转化条件，则可以将基于FVM的网格节点信息（流场信息）插入到相应的第一液滴（SPH液滴）中，计算SPH源项，求解该液滴的流动方程。相应的，将SPH液滴转化为DPM液滴后，也是插值网格节点信息到相关液滴，采用DPM模型求解相关液滴的运动，具体包括轨迹追踪、二次破碎和液滴蒸发。
由此可见，本申请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，并通过基于拉格朗日算法构建的二次破碎和蒸发模型对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液膜、首次雾化、二次雾化以及蒸发等雾化全过程的模拟，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。
参见图2所示，本发明实施例公开了一种旋流喷嘴雾化过程模拟方法，包括：
本申请实施例中，首先根据喷嘴几何参数设置SPH边界条件，喷嘴入口分布SPH燃油液滴，SPH液滴直径dD可以根据线性不稳定液膜理论计算，公式如下：
；
其中，k是扰动波的波数，是扰动波的增长率，Q是气体密度与液体密度的比值，液膜厚度h由初始边界条件确定，U是液体速度，/>是液体运动粘度，/>是液体密度，/>是表面张力系数。根据量级忽略上式二次粘性项，在长短波的理论假设下，整理分离变量为：
；
根据二分法求的最大值/>，并获得对应的波数Ks，以此计算液滴初次破碎平均直径：
；
；
；
其中，是液体动力粘度，/>、/>是经验系数。
获取根据雾化计算域划分的网格，对网格节点初始化得到初始流场信息；在SPH燃油液滴中搜索临近液滴，计算核函数，用于建立求解液滴物理参数的代数方程。根据燃油液滴的位置判断其是否处在计算域网格内，如果不在，求解SPH离散化的代数方程：
；
；
；
；
其中，、/>、m、/>、H、T、S、K分别是密度、速度、质量、体积分数、焓、拟温度、源项和扩散系数，下标i、j指第i和j个SPH液滴，/>指SPH液体相，g指气体连续相，W是权函数。如果燃油液滴位置处在计算域网格内，则根据SPH-FVM求解流程预测气流和燃油液滴的运动。
如图3所示为根据SPH-FVM求解流程预测气流和燃油液滴的运动的过程，首先计算破碎长度：
；
其次采用有效密度计算燃油体积分数：
；
其中，为燃油液滴相有效密度。假设流场区域中存在n个液滴，液滴的平均体积为Vs（由液滴的平均直径计算得到），平均质量为ms，空间（计算域网格）总体积为V0，那么有：
；
；
进一步的，判断SPH液滴是否满足转换为DPM液滴的条件（根据体积分数），如果不满足，插值网格节点信息到SPH液滴，计算SPH源项，求解SPH液滴流动方程；如果满足，标记SPH液滴属性为DPM液滴，插值网格节点信息到该液滴，采用DPM模型求解该液滴的运动，具体的，可以将相关的SPH燃油粒子和DPM燃油粒子插值到相应的网格节点，并计算FVM源项，求解FVM质量、动量和能量方程，以进行液滴追踪液滴轨迹以及液滴二次破碎和液滴蒸发的模拟过程。
需要指出的是，二次破碎模型采用KH-RT模型，计算流程如图4所示，最后插值SPH液滴及DPM液滴到网格节点，求解FVM流场。具体的，首先计算RT模式下波长和破碎时间/>：
；
；
；
；
其中，CRT、Ct均为系数，gt为液滴加速度。
进一步的，根据波长和破碎时间判断是否发生RT破碎，判断条件为波长小于液滴直径且破碎时间小于液滴经历时间，如果发生RT破碎，子液滴半径为：
；
如果不发生RT破碎，判断是否发生KH破碎，判断条件为液滴韦波数是否大于12且累积质量是否达到父液滴质量的5%，如果满足KH破碎，子液滴半径为：
；
；
；
其中，a为父液滴半径；和/>分别是液相和气相Weber（韦伯）数（描述动量传递的特征数）；/>表示表面张力系数，/>是Ohnesorge（奥内佐格）数（用来度量黏性力与惯性力和表面张力的相互关系的无量纲数）；/>是Taylor（泰勒）数（流体力学中的无量纲描述流体因绕固定轴旋转产生的离心力，相对其黏滞力的比例）；/>是液相Reynolds（雷诺）数（表征流体流动情况的无量纲数）。
相应的，蒸发过程采用对流/扩散控制模型：
；
；
；
Re、、BM为雷诺数、蒸汽扩散系数和质量传递系数。
由此可见，通过光滑粒子流体动力学方法与有限体积法耦合的方式可以对旋流喷嘴的燃油与燃烧室的气体接触发生燃油液膜破碎的过程进行仿真模拟，并通过基于拉格朗日算法构建的二次破碎和蒸发模型对液滴二次破碎和蒸发过程进行仿真模拟；在燃油雾化仿真过程中，针对液滴的首次破碎和二次分别利用不同的燃油粒子模拟方式，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、蒸发等雾化模拟全过程，提高了数值模拟的鲁棒性、精度和效率。
参见图5所示，本发明实施例公开了一种旋流喷嘴雾化过程模拟装置，包括：
燃油液膜模拟模块11，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；
第一仿真破碎模块12，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；
液滴转化模块13，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；
第二仿真破碎模块14，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。
由此可见，本申请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仿真，并通过基于拉格朗日算法构建的二次破碎和蒸发模型对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。
在一种具体的实施例中，所述燃油液膜模拟模块11，可以包括：
边界条件设置单元，用于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；
液膜模拟单元，用于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。
在一种具体的实施例中，所述第一仿真破碎模块12，可以包括：
第一仿真破碎子模块，用于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。
在一种具体的实施例中，所述第一仿真破碎子模块，可以包括：
流场初始化单元，用于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；
燃油运动预测子模块，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，并结合所述初始流场信息对所述气流和所述燃油液膜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。
在一种具体的实施例中，所述燃油运动预测子模块，可以包括：
第一液滴计算单元，用于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；
液滴判断单元，用于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；
第二液滴计算单元，用于当所述初始液滴处于所述计算域网格中时，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对所述初始液滴进行计算求解，得到第一液滴；
第三液滴计算单元，用于当所述初始液滴不处于所述计算域网格中时，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。
在一种具体的实施例中，所述液滴转化模块13，可以包括：
体积分数判断单元，用于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；
液滴转化单元，用于当所述第一液滴的体积分数大于预设体积分数阈值时，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。
在一种具体的实施例中，所述第二仿真破碎模块14，可以包括：
第四液滴计算单元，用于基于KH-RT模型计算在二次破碎仿真过程中所述转化后液滴的破碎时间和波长；
破碎类型确定单元，用于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；
蒸发模拟单元，用于利用预设对流/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。
进一步的，本申请实施例还公开了一种电子设备，图6是根据一示例性实施例示出的电子设备20结构图，图中的内容不能认为是对本申请的使用范围的任何限制。
图6为本申请实施例提供的一种电子设备20的结构示意图。该电子设备 20，具体可以包括：至少一个处理器21、至少一个存储器22、电源23、通信接口24、输入输出接口25和通信总线26。其中，所述存储器22用于存储计算机程序，所述计算机程序由所述处理器21加载并执行，以实现前述任一实施例公开的旋流喷嘴雾化过程模拟方法中的相关步骤。另外，本实施例中的电子设备20具体可以为电子计算机。
本实施例中，电源23用于为电子设备20上的各硬件设备提供工作电压；通信接口24能够为电子设备20创建与外界设备之间的数据传输通道，其所遵循的通信协议是能够适用于本申请技术方案的任意通信协议，在此不对其进行具体限定；输入输出接口25，用于获取外界输入数据或向外界输出数据，其具体的接口类型可以根据具体应用需要进行选取，在此不进行具体限定。
另外，存储器22作为资源存储的载体，可以是只读存储器、随机存储器、磁盘或者光盘等，其上所存储的资源可以包括操作系统221、计算机程序222等，存储方式可以是短暂存储或者永久存储。
其中，操作系统221用于管理与控制电子设备20上的各硬件设备以及计算机程序222，其可以是Windows Server、Netware、Unix、Linux等。计算机程序222除了包括能够用于完成前述任一实施例公开的由电子设备20执行的旋流喷嘴雾化过程模拟方法的计算机程序之外，还可以进一步包括能够用于完成其他特定工作的计算机程序。
进一步的，本申请还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公开的旋流喷嘴雾化过程模拟方法。关于该方法的具体步骤可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (10)
1.一种旋流喷嘴雾化过程模拟方法，其特征在于，包括：
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。
2.根据权利要求1所述的旋流喷嘴雾化过程模拟方法，其特征在于，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：
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；
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。
3.根据权利要求1所述的旋流喷嘴雾化过程模拟方法，其特征在于，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：
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。
4.根据权利要求3所述的旋流喷嘴雾化过程模拟方法，其特征在于，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：
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；
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液膜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。
5.根据权利要求4所述的旋流喷嘴雾化过程模拟方法，其特征在于，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：
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；
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；
若所述初始液滴处于所述计算域网格中，则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对所述初始液滴进行计算求解，得到第一液滴；
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。
6.根据权利要求1所述的旋流喷嘴雾化过程模拟方法，其特征在于，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：
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；
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。
7.根据权利要求1至6任一项所述的旋流喷嘴雾化过程模拟方法，其特征在于，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：
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破碎时间和波长；
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；
利用预设对流/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。
8.一种旋流喷嘴雾化过程模拟装置，其特征在于，包括：
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；
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；
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；
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。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，用于保存计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序以实现如权利要求1至7任一项所述的旋流喷嘴雾化过程模拟方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，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权利要求1至7任一项所述的旋流喷嘴雾化过程模拟方法。
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