[发明专利]一种高空喷焰流场的预估方法

权利要求书

1.一种高空喷焰流场的预估方法，其特征在于，所述预估方法包括如下步骤：

(1)建立高空喷焰射流中任意位置的射流参数，包括数密度、速度和温度；

(2)对所述高空喷焰射流分子运动过程进行求解；

(3)通过点源强度，求解空间任意位置的组分分子数密度、宏观速度和温度随喷口径向尺寸和周向角度的定积分形式，获得相应所述射流参数；

(4)判断所述高空喷焰流的伴随流状态，若有进入到射流边界并产生碰撞，则计算稀薄大气伴随流对所述高空喷焰射流的影响值；

其中，建立步骤(1)中的所述射流参数的公式为：

设xz平面内的任一位置P(x,0,z)，则密度计算公式为：

ρ_i＝m_i(n_ic+n_i)；

式中，为所述位置P(x,0,z)第i种组分的数密度；n_ic为伴随流的数密度；n_i为所述高空喷焰的一种组分的气体到达所述位置P(x,0,z)时的数密度；ρ_i为所述位置P(x,0,z)第i种组分的密度；m_i为所述位置P(x,0,z)第i种组分的分子质量；ρ为所述位置P(x,0,z)所有组分的密度之和，即此位置的总密度；

速度计算公式为：

式中，U为所述位置P(x,0,z)的x轴方向速度；U_c为伴随流的x轴方向速度；U_i为高空喷焰的轴向速度；V_i为高空喷焰的y轴径向速度；V为所述位置P(x,0,z)y轴径向速度；

温度计算公式为：

ξ＝∑2ρ_i(c_vi-3R_i/2)；

式中，T_TR为平动温度；Q_TR为由平动产生的内能；T_TRi为高空喷焰中第i种组分的平动温度；T_c为伴随流中第i组分的温度；R_i为所述位置P(x,0,z)第i种组分的气体常数；T_IN为内能温度；c_vi为所述位置P(x,0,z)第i种组分的定容比热；T_e为高空喷焰中组分的内能温度；T_c为伴随流中第i组分的温度；T_OV为统计温度；ξ为自由度。

2.如权利要求1所述的预估方法，其特征在于，步骤(2)对所述高空喷焰射流分子运动过程进行求解的步骤包括：

1)计算所述高空喷焰的气体分子从一点源处到达所述位置P(x,0,z)做直线运动时碰撞的频率，公式为：

n_c＝∑n_ic；

k_p＝1/s_r；

上述公式中，c为碰撞的频率；Δt为时间步长；R为从所述一点源处到达所述位置P(x,0,z)的距离；n_c为伴随流的数密度总和；σ_ref为参考分子直径的碰撞区域面积；U_m为从所述一点源处到达所述位置P(x,0,z)的最大速度；k_p为弹性碰撞的有效性；γ_e为高空喷焰气体的比热比；R_e为高空喷焰气体的气体常数；D_ref为参考分子直径的碰撞区域半径；s_r为分子的相对速度比；R_∞为伴随流的气体常数；T_∞为伴随流的温度；

2)计算所述高空喷焰的一种组分的气体到达所述位置P(x,0,z)进行碰撞后的速度，公式为：

上述公式中，m_c为伴随流的分子质量；θ为喷焰的膨胀角度；U_∞为伴随流的速度；W_ic'为z轴方向速度；U_i'为x轴方向速度；

3)当所述高空喷焰的一种组分的气体到达新的位置P'(x',0,z')时，进行两位之间的修正，公式为：

上述公式中，x为原始位置的x坐标；x'为新位置的x坐标；U'为新位置的x方向的速度；z为原始位置的z坐标；z'为新位置的z坐标；W'为新位置的z方向的速度。