Fluent喷管型面参数对推力偏心影响的数值仿真研究(4)
2.3 喷管型面参数对推力偏心的影响
本文主要研究喷管型面参数变化所引起的推力偏心规律，从而为微推偏喷管的设计提供参考。火箭弹工作过程中由于上述质量分布不均、喷管几何形状加工偏差等非对称因素导致火箭弹产生推力偏心，目前已有很完善的理论及实验对该方向进行研究。在这里，我们主要考虑在采用复合推进剂或燃气不完全燃烧所产生的燃气流动不对称条件下，改变来流方向、喷管扩张半角以及喷管扩张段长度等喷管型面参数，所引起的火箭弹推力偏心变化规律。
由于所学知识及研究方法研究手段有限，且在喷管型面参数对发动机推力偏心影响的研究方面，并没有较多参考方法。我们采用控制变量法，只将燃气流动不对称、喷管张开半角以及喷管扩张段长度设定为影响火箭弹推力偏心的驱动势，其他因素均为理想状况。并认为在火箭发动机工作过程中，燃气气流速度大小相同、方向一致，并与火箭弹中心轴呈一定角度入射。通过改变来流方向、喷管扩张半角以及喷管扩张段长度等喷管型面参数对物理模型进行修改，经过Fluent软件的仿真计算，得到不同喷管型面参数条件下，喷管内流场随时间的变化情况，再进行火箭弹推力的计算，得到推力偏心的变化规律。
3 喷管计算仿真模型的建立
3.1 Fluent软件的介绍
Fluent是由美国Fluent公司于1983年推出的CFD软件。它是继Phoenics软件之后的第二个投放市场的基于有限体积法的软件，用于计算流体流动和传热问题的程序，其设计基于“CFD计算机软件群的概念”，针对每一种流动的物理问题的特点，采用适合于它的数值解法在计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳，不同领域的计算软件组合起来，成为CFD软件群。
Fluent提供的非结构网格生成程序对相对复杂的几何结构网格生成非常有效，可以生成的网格包括二文的三角形和四边形网格；三文的四面体、吹冰面体及混合网格。Fluent还可根据计算结果调整网格，这种网格的自适应能力对于精确求解有较大梯度的流场有很实际的作用。由于网格自适应和调整只是在需要加密的流动区域里实施，而非整个流场，因此可以节约计算时间。
Fluent是目前功能最全面、适用性最广、国内使用最广泛的CFD软件之一。在美国的市场占有率为60%，只要涉及流体、热传递及化学反应等的工程问题，都可以用FLUENT进行解算。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。例如，石油天然气工业上的应用就包括燃烧、井下分析、喷射控制、环境分析、油气消散／聚积、多相流、管道流动等[24]。
Fluent的软件包由以下几部分组成：
(l)前处理器。
Gambit用于网格的生成，它是具有超强组合建构模型能力的专用CFD前置处理器。FLUENT系列产品皆采用FLUENT公司自行研发的Gambit前处理软件来建立几何形状及生成网格。
(2)求解器。
它是流体计算的核心，根据专业领域的不同，求解器主要分为以下几种类型：
● FLUENT 4.5：基于结构化网格的通用CFD求解器。
● FLUENT 6.2.16:基于非结构化网格的通用CFD求解器。
● Fidap：基于有限元方法，主要用于流固耦合的通用CFD求解器。
● Polvflow:针对粘弹性流动的专用CFD求解器。
● Mixsim:针对搅拌混合问题的专用CFD软件。
● Icepak:专用的热控分析CFD软件。
(3)后处理器。
Fluent求解器本身就附带有比较强大的后处理功能。另外，Tecplot也是一款比较专业的后处理器，可以把一些数据可视化，这对于数据处理要求比较高的用户来说是一个理想的选择。