申请/专利权人：武汉理工大学

申请日：2023-03-13

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN116306364B

主分类号：G06F30/28

分类号：G06F30/28;G06F30/23;G06T17/20;G06F111/10;G06F113/28;G06F113/08;G06F119/14;G06F119/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2023.07.11#实质审查的生效;2023.06.23#公开

摘要：本发明提供一种舱内爆炸水雾消波模拟方法，属于船舱室内爆炸模拟技术领域。该舱内爆炸水雾消波模拟方法包括如下步骤：S1：创建舱内爆炸流场计算域的几何模型；S2：编译MATLAB程序生成水雾信息文件；S3：设定求解参数和边界条件，进行舱内爆炸冲击波与水雾双相耦合数值计算，得到流场特性；S4：计算爆炸冲击波‑水雾颗粒作用力，计算水雾颗粒变形、破碎，计算水雾颗粒蒸发，更新水雾颗粒状态；S5：根据水雾颗粒的状态，计算水雾颗粒对流场的反作用源项；S6：更新N‑S方程，得到新的爆炸冲击波连续相流场。本发明可反应舱内爆炸冲击波削弱情况，为舱内爆炸冲击波削弱分析提供基础，为舱内抑爆设备的研发设计和冲击波抑制技术的发展提供理论指导。

主权项：1.一种舱内爆炸水雾消波模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：基于欧拉-拉格朗日理论创建舱内爆炸流场计算域的几何模型，对几何模型进行网格划分生成网格文件，将网格文件导入Fluent软件中；S2：编译MATLAB程序生成水雾信息文件，将水雾信息文件导入Fluent软件中；S3：基于水雾信息文件在Fluent软件中设定求解参数和边界条件，通过Fluent软件对双相耦合的N-S方程进行舱内爆炸冲击波与水雾双相耦合数值计算，得到当前时间步的流场特性；S4：基于流场特性计算爆炸冲击波-水雾颗粒作用力，计算水雾颗粒离散相所受的合力及加速度；根据水雾颗粒所受的合力计算水雾颗粒变形、破碎；计算水雾颗粒蒸发，更新水雾颗粒状态；S5：根据水雾颗粒的状态，计算水雾颗粒对流场的反作用源项；S6：根据反作用源项更新双相耦合的N-S方程，得到新的爆炸冲击波连续相流场；双向耦合的N-S方程包括：连续方程其中α为气相的体积分数，ρ为气相密度，t为时间，u为气相速度矢量，Smass为由于液滴蒸发的质量源项；动量方程其中p为压力，T为粘性应力张量，μ为动力粘度，I为单位矩阵，Fd为水雾颗粒受到的阻力，α为气相的体积分数，ρ为气相密度，t为时间，u为气相速度矢量；能量方程其中E为气相总能量，E＝e+|u|22，e为气相内能，j是扩散热通量，Senergy为由于水滴蒸发产生的能量损失源项，α为气相的体积分数；ρ为气相密度；t为时间，u为气相速度矢量，p为压力，T为粘性应力张量，步骤S5和步骤6中的反作用源项为质量源项Smass和能量损失源项Senergy，步骤S6中分别通过质量源项Smass修正连续方程、通过能量损失源项Senergy修正能量方程以实现更新双相耦合的N-S方程；计算质量源项Smass具体包括：根据水雾颗粒质量和式子计算第n个水雾颗粒的蒸发速率根据水雾颗粒的蒸发速率和式子获取质量源项Smass，其中mpn为第n个水雾颗粒质量，Np为单位体积气体中所含水雾颗粒数量，t为时间；计算能量损失源项Senergy具体包括：根据水雾颗粒质量和式子计算第n个水雾颗粒的蒸发速率根据水雾颗粒的蒸发速率和式子计算第n个水雾颗粒的能量平衡，根据水雾颗粒的能量平衡和式子获取能量损失源项Senergy，其中mpn为第n个水雾颗粒质量，t为时间，Cpd为第n个水雾颗粒比热，hpn为第n个水雾颗粒的传热系数，T为水雾颗粒处的局部气体温度，Tpn为第n个水雾颗粒温度，dpn为第n个水雾颗粒直径，hfg为水的汽化潜热，为水蒸汽的比热和水的汽化潜热，Tref为相对温度300K，ρp为水雾颗粒的密度；步骤S4中具体包括：S41：基于流场特性计算爆炸冲击波-水雾颗粒作用力；S42：根据爆炸冲击波-水雾颗粒作用力计算水雾颗粒离散相所受的合力及加速度，计算水雾颗粒变形、破碎；S43：根据合力及加速度采用欧拉积分法计算水雾颗粒经过一个时间步长后的速度和位置；S44：计算水雾颗粒蒸发，更新水雾颗粒状态；步骤S41中通过式子计算爆炸冲击波-水雾颗粒作用力，其中mpn为第n个水雾颗粒质量，Np为单位体积气体中所含水雾颗粒数量，upn为第n个水雾颗粒的速度矢量，u为气相的速度矢量，CDn为第n个水雾颗粒阻力系数，Repn为第n个水雾颗粒雷诺数，ρp为水雾颗粒的密度，μ为动力粘度，dpn为第n个水雾颗粒直径；步骤S42中水雾颗粒的受力变形与破碎，使用TAB模型模拟水雾颗粒的破碎，在该模型中，运用阻尼、强迫、弹簧、振荡器来模拟水雾颗粒的变形rd、阻力、液体粘性μp和表面张力，水雾颗粒所受合力为式中其中CF、Cβ、Cξ是常数，σ是水的表面张力，ρ为气体密度，ρp为水的密度，μp为水雾颗粒粘度；步骤S43中通过式子计算得到水雾颗粒的速度，其中upn为第n个水雾颗粒的速度矢量，u为气相的速度矢量，CDn为第n个水雾颗粒阻力系数，Repn为第n个水雾颗粒雷诺数，ρp为水雾颗粒的密度，μ为动力粘度，dpn为第n个水雾颗粒直径，t为时间；步骤S43中通过式子计算得到水雾颗粒的位置，其中rpn为第n个水雾颗粒位置，t为时间，upn为第n个水雾颗粒的速度矢量，Np为单位体积气体中所含水雾颗粒数量；步骤S44中根据水雾颗粒质量和式子计算第n个水雾颗粒的蒸发项。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 武汉理工大学 一种舱内爆炸水雾消波模拟方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD