基于SPH方法的球形贮箱液体晃动动力学分析

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dengjuanjuan8288
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航天器需携带更多的燃料以运送更多的载荷、运行更长的时间,这意味着发生于航天器贮箱内的液体晃动现象需要得到更准确的描述,同时还应明确贮箱内液体的动力学行为及液体对贮箱的作用力情况。液体晃动问题具有多种研究方法,针对大概率发生液体破碎现象的航天器球形贮箱液体晃动问题,选择光滑粒子流体动力学方法(SPH方法)进行建模分析。通过应用SPH方法的核近似、粒子近似原理,对N-S方程进行离散近似,得到离散化连续性方程、动量方程,分别对核函数、应力张量、边界问题、邻域粒子搜索等方面进行选择确定或计算处理,最终得到基于SPH方法的流体动力学模型。针对邻域生成、动力学方程求解、系统更新三个方面设计并行计算方法,提高计算效率,实现后续仿真任务的建立。针对航天器球形贮箱的受力形式、燃料含量、挡板设置、重力环境等方面进行仿真分析,建立包括三种贮箱运动模式(正弦运动、阶跃运动、脉冲运动)、五种燃料液体体积(h=0.05m,0.075m,0.1m,0.125m,0.15m)、五种挡板安装位置(无挡板、h_p=0m,0.025m,0.05m,0.075m)、两种重力环境(g=0m/s~2,-9.8m/s~2)的仿真模型。通过仿真数据分析贮箱受力及局部压强,仿真结果表明:运动加速度越大、变化越突然,贮箱受力及压强均越大、越易发生震荡。液体体积越大,贮箱受力及压强均越大。设置挡板均会抑制液体的晃动行为,但在h_p=0.05m工况下,抑制效果最好。微重环境下的晃动现象独特,有待相关实验予以验证。
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