发明内容

为了改善传统方式导致涡街流量计的测量精度不高的问题，本申请提供一种火箭发射场用涡街流量计流固耦合数值分析方法。

本申请提供一种火箭发射场用涡街流量计流固耦合数值分析方法，采用如下的技术方案：

一种火箭发射场用涡街流量计流固耦合数值分析方法，包括以下步骤：

步骤一，对火箭发射场用低温/超低温涡街流量计流道和旋涡发生器结构进行有限元建模，并将涡街流量计中流体域和固体域进行划分且分别命名为F1和S1；

步骤二，借助ANSYS软件中Fluent模块，对流体域进行求解，同时抑制固体域几何体，对流体域中的流体流入端命名为Inlet，对流体域中的流体流出端命名为Outlet，同时将流体域与固体域接触的耦合面命名为F_sfi；

步骤三，采用六面体网格剖分流体域，并着重对上述耦合面F_sfi进行网格细化，并检查网格质量；

步骤四，将ANSYS软件里Mesh模块中建好的网格导入Fluent模块中进行仿真计算，且选择双精度计算模式，Fluent模块中的求解条件设置如下：数值模拟模型选用RNGk-ε模型，该模型为两方程模型，分别为：

k方程：

ε方程：

湍流粘性系数表达式：

步骤五，在命令树中选择Run calculation命令，直至计算收敛进行后处理操作，得到考虑流固耦合前的速度分布云图、速度矢量云图和壁面受力矢量云图，关闭Fluent模块，并将Fluent模块中计算结果导入Static Structural模块中；

步骤六，借助ANSYS软件的Static Structural模块对固体域进行求解，同时需要抑制流体域几何体，将固体域与流体域接触的耦合面命名为S_sfi；

步骤七，采用四面体网格剖分固体域，并着重对固体域与流体域接触的耦合面S_sfi进行网格细化，并检查网格质量；

步骤八，将旋涡发生器两端面设置为固定边界来限制其移动，同时映射力密度到结构网格上，并进行初步计算，将载荷载入固体域后，进行求解计算；

步骤九，将计算结果导出后关闭Static Structural模块，随后将StaticStructural模块中计算结果导入Fluent模块中，重复上述在Fluent模块中的操作步骤，最终可以得到将流固耦合方法计算在内的涡街流量计流道内的速度矢量图和速度云图。

可选的，在步骤二中具体抑制固体域几何体的步骤为：在Toolbox栏中的Project-Model(A3)-Geometry选中固体域模型S1，选择Suppress Body，将流体域计算中不使用的固体域的几何抑制掉。

可选的，在步骤六中具体抑制流体域几何体的步骤为：在Toolbox栏中的Project-Model(B4)-Geometry选中流体域模型F1，选择Suppress Body，将固体域计算中不使用的流体域的几何抑制掉。

可选的，在步骤三和步骤七中，网格数量范围控制在30-60万之间，网格畸变量应小于0.1。

可选的，在步骤八中映射力密度的具体步骤为：在“Impored Pressure(A5)”中将Fluent模块中F_sfi耦合面与Static Structural模块中(7)耦合面S_sfi作映射处理。

可选的，在步骤四中求解条件还包括如下设置：

求解器设置：基于速度流场的三维双精度瞬态求解器，采用simple算法，研究形式为瞬态。

可选的，在步骤四中求解条件还包括如下设置：

流体属性选择：传输介质为液氧，设置低温/超低温流体与管壁接触面Wall温度范围为50-100K，密度设置为1142kg/m³，比热设置为1699J/kg·k。

可选的，在步骤四中求解条件还包括如下设置：

边界条件设置：流入端Inlet速度入口设置范围为1-10m/s，流出端Outlet压力出口设置为零压。

可选的，在步骤四中求解条件还包括如下设置：

非稳态计算时间步长：时间步长时间步长范围为20-100。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.基于ANSYS软件中Fluent流体计算模块研究涡街流量计内部低温/超低温流场的流动特性，将上述计算结果导入到ANSYS软件中Static Structural结构力学计算模块分析涡街流量计流道内低温/超低温流体对旋涡发生器的变形、应力应变的影响，并将变形后的结构再次导入到ANSYS软件中Fluent流体计算模块来研究发生变形后的旋涡发生器对流道内低温/超低温流体流动特性的影响，为发射场固定校验系统标定提供技术支撑，有助于进一步提高加注精度，减少加注过程中流量计量精度方面的误差，确保任务的顺利发射；

2.本发明所采用的数值分析方法，未考虑流固耦合的传统数值分析方法以及液体火箭推进剂加注实际测量数值作对比分析，得出本发明所采用的低温/超低温流固耦合数值分析方法更加贴合实际，大幅提升了在通过有限元分析软件对高精密仪器进行数值模拟时的计算精度。