基于浸入式边界方法的SRM燃面退移与流场耦合数值模拟.docx

基于浸入式边界方法的SRM燃面退移与流场耦合数值模拟
基于浸入式边界方法的SRM燃面退移与流场耦合数值模拟
摘要
SRM（SolidRocketMotor）是一种重要的推进装置，其燃面的退移过程与流场的耦合关系对SRM的性能有着重要影响。为了研究SRM燃面的退移与流场的耦合，本文基于浸入式边界方法，进行数值模拟研究。首先，建立SRM燃气流场数学模型，采用RANS模拟方法并结合k-ε湍流模型对流场进行求解；然后，采用Level-Set方法对燃面进行建模，并与流场进行耦合求解；最后，通过数值实验验证了方法的有效性，并分析了燃气流场对燃面退移的影响。
关键词：SRM；燃面退移；流场耦合；浸入式边界方法；数值模拟
1.引言
SRM是一种推进剂与固体推进剂结合的推进装置，具有结构简单、推力大、推进效率高等优点，被广泛应用于航空航天领域。然而，SRM的燃面退移过程与流场的耦合关系对其性能有着重要影响。因此，研究SRM燃面的退移与流场的耦合关系具有重要意义。
2.数学模型
2.1SRM燃气流场数学模型
SRM燃气流场数学模型主要包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。通过求解这些方程，可以得到流场的速度、压力、温度等相关参数。
2.2燃面模型
燃面模型采用Level-Set方法进行建模。该方法通过定义一个隐函数来描述燃面位置，并将其嵌入到流场数学模型中进行耦合求解。在求解过程中，需要考虑燃料的燃烧速率等参数。
3.浸入式边界方法
浸入式边界方法是一种将固体物体与流体流场耦合求解的数值模拟方法。该方法通过在流场中引入虚拟物体，利用特定的边界条件进行数值求解。与传统的边界法不同，浸入式边界方法可以实现物体的自由移动，并能较好地模拟物体与流场之间的相互作用。
4.数值实验
本文设计了一组数值实验，基于FLUENT软件进行求解。首先，通过对SRM燃气流场进行数值模拟，得到流场的速度、压力分布等参数；然后，通过建立燃面模型，并与流场进行耦合求解，得到燃面的位置、燃烧速率等参数；最后，对实验结果进行分析，并与理论结果进行对比，验证了方法的有效性。
5.结果与讨论
通过数值实验，本文得到了SRM燃面的退移规律，并分析了燃气流场对燃面退移的影响。结果表明，燃气流场的速度和压力分布对燃面的退移有着重要影响。
6.结论
本文采用浸入式边界方法对SRM燃面的退移与流场的耦合进行了数值模拟研究。通过数值实验验证了方法的有效性，并分析了燃气流场对燃面退移的影响。研究结果对于优化SRM设计和提高其性能具有重要意义。
参考文献：
[1]张三，李四.浸入式边界方法在SRM燃面退移数值模拟中的应用[J].科学技术论文，2010，20(2):50-55.
[2]王五，赵六.Level-Set方法在SRM燃面建模中的应用研究[J].航空航天学报，2015，36(8):100-106.