Fluent VOF水下固体火箭发射仿真（一）
本案例利用VOF模型对水下固体火箭（10m水深）发动机点火初期的流场进行了仿真。该案例所用模型为假设模型，且缺少相关燃气参数，仅作计算设置参考。通过此案例后续跨可以对不同水深、不同模型的工况展开类似仿真计算。1假设说明为简化计算流程做出如下假设：(1)对于水下高温燃气,忽略发动机推进剂的烧蚀产物,将其视为具有温、压的理想气体,考虑粘连特性及可压缩性;(2)对于环境水介质,由于其密度相对于气体十分稳定,将其考虑为有粘不可压缩流体;(3)对于气液边界,不考虑两相间的掺混与相变,但考虑两相间的热量传递;(4)对于浮力的影响,由于发动机喷管出口竖直向上在静水中工作,同时两相密度差大,不忽略浮力。2workbench设置本案例以二维轴对称展开计算，因计算模型简单，计算网格采用结构化网格进行划分。需要选择几何+icem+fluent三个软件，相关的workbench设置如下图：3SCDM设置3.1导入几何计算域包括发动机内流域（喷管）和外界计算域两个部分。模型中Laval喷管的喉部直径为20mm，出口直径为38mm。计算域大小为1250mm×350mm。相关几何模型如下图。4ICEM设置ICEM为结构化网格划分软件，由于模型简单，不再单独介绍网格划分流程，相关的网格划分结果如下图所示，因为模型具有对称性，数值仿真模型采用二维轴对称模型，网格划分仅需考虑轴对称中一侧的网格即可。5FLUENT设置5.1General设置与网格导入由于采用二维轴对称模型，此处需要勾选轴对称选项。5.2表达式设置本案例需要对喷管入口的相关参数进行设置，主要进行压强和温度的设置，根据大量文献和实验的结果，温度和压强在达到稳定前可以拟合为随时间线性变化的方程，此处可以使用UDF和表达式两种方式进行设置，此处仅考虑了压强和温度为达到稳定前的计算。所以喷管入口的压强和温度的表达式设置比较简单。相关设置如下图所示。5.3边界条件设置首先将下图所示的对称轴设置为对称轴边界，其余边界设置如下图所示。需要注意入口边界设置，需要调用表达式的相关参数。出口边界为压力出口，为水深环境压力，本案例采用水深10m的环境，相关环境压力为0.2MPa。5.4材料设置由于是对水下发射问题展开仿真，因此需要采用水和燃气两种材料，此处用空气（理想气体）直接代替燃气，具体的燃气参数应该根据燃烧室相应的物性参数估算获得。具体的操作如下图。5.5模型设置选择理想气体后，能量方程默认打开，此处需要进一步打开VOF模型，因为不考虑相变等其他问题，此处操作简单，不进行Lee模型设置。VOF模型相关设置如下图所示。5.6初始化设置VOF初始化设置一般采用标准初始化，需要对不同的区域展开初始化。分配不同的材料。此处对发动机内流域采用3.2MPa进行初始化，外部水域采用环境压力进行初始化。相关初始化设置如下图。5.7计算设置此处计算时间步长设置为1e-6，10000步。此处建议选取更小的时间步长进行相关计算。6后处理结果6.1后处理云图结果受计算时间与计算资源影响，此处未进行完整计算，仅计算了00000s。除此之外，还可以展开对发动机推力、尾流压力云图、燃汽泡演化等后处理结果进行分析，本文不再进一步阐述。来源：CFD仿真库
