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CFD在航天方面的应用
CFD在航天领域应用，主要包括液体火箭发动机和固体火箭发动机的研发设计过程中，涉及到气动、传热、燃料的雾化与燃烧、关键部件的冷却等方面。
由于航天设备具有试验费用高，测试的难度大，周期长等特点，利用CFD模拟，可以有效的缩短研发周期，减少试验费用同时可以对火箭运行过程的机理有更深入的认识。
VirtualFlow在航天领域的解决方案VirtualFlow软件作为一款先进的计算流体仿真软件，其完备的流体力学数值计算功能，渗透到航天CFD研究与应用的各个领域，主要包括：
液体火箭发动机液体火箭发动机不同于航空发动机的工作原理其自带氧化剂，由涡轮泵部件对氧化剂和燃料进行加压，涉及流动、多相流、相变、传热传质、化学反应、组分输运等多个物理化学过程，很难准确捕捉燃烧细节。由于液体火箭发动机燃烧温度高于3500K，冷却问题和烧蚀问题也成为行业关注的重点问题。
液体火箭发动机 - 互击式燃料喷射雾化仿真工作意义：采用LES湍流模型、结合VOF/Levelse界面流方法计算燃料与氧化剂对撞发生雾化的现象，研究液膜到液丝、液丝到液滴的雾化规律。
VirtualFlow 技术优势：
· 高精度界面追踪多相流模型，能高保真的还原雾化过程；
VirtualFlow 技术优势：
· 高精度界面追踪多相流模型，能高保真的还原雾化过程；
· 高精度湍流模型，能准确计算液滴的受力情况；
· 便捷的雾化特性后处理流程。
· 便捷的雾化特性后处理流程。
液体火箭发动机 - 燃油横风雾化
仿真工作意义：采用LES/VLES湍流模型、结合VOFevel-set界面流方法，计算液柱在横向吹风作用下的雾化过程，捕捉
液滴与空气的分界面，研究液滴的破碎规律以及运动轨迹。
液滴与空气的分界面，研究液滴的破碎规律以及运动轨迹。
VirtualFlow 技术优势：
· 高精度界面追踪多相流模型
· 高精度界面追踪多相流模型
· 高精度湍流模型
· 便捷的雾化特性后处理流程。
· 便捷的雾化特性后处理流程。
液体火箭发动机 - 离心式喷嘴燃油雾化仿真工作的意义：燃料雾化与离心喷嘴的设计密切相关，雾化效果的试验检测不仅复杂而且难度高。Virtualflow利用欧拉拉格朗日方法，结合一次和二次雾化模型，可以对离心喷嘴雾化进行模拟，分析燃料破碎过程、不同截面处液滴的雾化粒度、速度以及液滴在空间的分布。
VirtualFlow 技术优势：
· 成熟的拉格朗日粒子追踪模型
· 成熟的拉格朗日粒子追踪模型
· 丰富的工程雾化模型（针对不同We数）
· 高精度湍流模型
· 并行计算效率高
· 高精度湍流模型
· 并行计算效率高
液体火箭发动机 - 离心式喷嘴燃油雾化LISA一次雾化模型
LISA模型针对离心雾化构型设计，分为入射模型和破碎模型。其中入射模型利用伪液滴包模拟液膜-液丝-大液滴的破碎过程。首次破碎后的液滴包的粒径，满足RR分布。
KHRT二次雾化模型
KHRT雾化模型模拟大液滴破小液滴的过程，与一次雾化模型WAVE配合，可以模拟完整的直喷式射流雾化过程；与一次雾化模型RR、LISA配合，可以模拟完整的离心式雾化过程。
液体火箭发动机 - 喷雾燃烧仿真工作的意义：通过湍流模型、液膜流动传热与蒸发模型、多孔介质模型以及燃烧模型，可实现燃烧室内冷态、流动、点火、燃烧全过程的仿真分析；通过Cantera数据接口以实现复杂化学动力学计算。此外，利用LES方法获取火焰传递函数，t确定燃烧室内声压分布和特征频率。可研究热释放大小对特征频率和声学增益的影响，给出燃烧模式和燃烧室结构的调整方案。。
燃烧计算步骤
1、采用以Lagrange方法求解的喷雾计算结果为初始条件，采用蒸发模型计算液滴蒸发。
2、基于Euler法求解其气相湍流燃烧过程:湍流流动采用湍流模型模化，基于反应动力学计算模块求解燃烧化学反应，采用湍流燃烧模型描述湍流/化学反应间的相互作用。
1、采用以Lagrange方法求解的喷雾计算结果为初始条件，采用蒸发模型计算液滴蒸发。
2、基于Euler法求解其气相湍流燃烧过程:湍流流动采用湍流模型模化，基于反应动力学计算模块求解燃烧化学反应，采用湍流燃烧模型描述湍流/化学反应间的相互作用。
液体火箭发动机 - 喷雾燃烧VirtualFlow 技术优势 :
· 成熟的拉格朗日粒子追踪模型
· 成熟的拉格朗日粒子追踪模型
· 耦合液滴二次雾化与蒸发模型
· 高精度湍流模型
· 并行计算效率高
燃烧室压力误差在5%以内
壁面温度误差15%左右
固体火箭发动机固体火箭发动机采用固体推进剂作为燃料，由点火装置点燃点火药柱后进行燃烧，虽然不需要进行燃料雾化过程，但需分析固体燃料的燃面变化以及固体颗粒的运动，同样涉及流动、多相流、相变、传热传质、化学反应、组分输运等多个物理化学过程，很难准确捕捉燃烧细节，且由于固体火箭发动机燃烧温度高于3500K，冷却问题和烧蚀问题也成为行业关注的重点问题。
固体火箭发动机 - 燃面退移仿真工作的意义：传统内流场计算方法中计算边界是固定的，给定的燃烧面与实际情况不吻合。利用VirtualFlow的IST网格，结合共轭换热方法以及Levelset界面捕捉方法，实现装药燃面退移和三维流场耦合计算，精确的跟踪运动燃面。
VirtualFlow 技术优势：
· 高效的IST网格技术，模拟动边界，无需动网格
· 高精度的Level Set方法捕捉燃烧面
· 高精度湍流模型，计算复杂流场
· 并行计算效率高
· 并行计算效率高
固体火箭发动机 - 燃面退移当气流速度 v 大于侵蚀燃烧界限速度vth时，会产生侵蚀燃烧效应，使得装药的燃速增大，燃气生成率也随之增大，导致燃烧室中的燃气压强升高。燃速与压强和气流速度有关：
固体火箭发动机 - 柔性喷管仿真工作的意义：VirtualFlow可以计算从亚声速和超声速流动利用IST网格可以高效的模拟运动边界。
VirtualFlow 技术优势：
· 高效的IST网格技术，模拟动边界，无需动网格
· 高精度湍流模型，计算复杂流场
· 并行计算效率高
· 并行计算效率高
航天器热管理
热管理背景：
1、空间飞行器在飞行过程中，由于速度非常快，前缘会与大气剧烈摩擦产生气动热，气动热聚集会将材料烧毁。热管依靠管内工质汽液相变过程实现热量传递具有传热性能强、等温性好、非能动运行、寿命长以及成本低等特点，其高效散热对确保飞行器的安全。
2、航天器内部的发热设备(如芯片、电机、电池)在狭小空间内产生大量的热量如果不及时带走，会导致设备的温度急剧升高，从而影响设备的寿命和性能。
1、空间飞行器在飞行过程中，由于速度非常快，前缘会与大气剧烈摩擦产生气动热，气动热聚集会将材料烧毁。热管依靠管内工质汽液相变过程实现热量传递具有传热性能强、等温性好、非能动运行、寿命长以及成本低等特点，其高效散热对确保飞行器的安全。
2、航天器内部的发热设备(如芯片、电机、电池)在狭小空间内产生大量的热量如果不及时带走，会导致设备的温度急剧升高，从而影响设备的寿命和性能。
航天器热管理 - 热管相变冷却仿真工作的意义：热管相变传热的物理过程复杂，涉及两相流动、换热、传质等现象，为时间与空间多尺度两相流形态。Virtualflow软件采用高效的Lee模型进行蒸发、冷凝现象的计算，多相流模型采用均相模型，可以模拟相变热管的热传递全过程。
VirtualFlow 技术优势：
· 成熟的均相模型
· 高效的Lee模型用于蒸发与冷凝的计算，
· 考虑了壁面滴状冷凝和膜状冷凝，
· 对于吸液芯考虑了毛细力以及多孔介质阻力
· 并行计算效率高。
· 成熟的均相模型
· 高效的Lee模型用于蒸发与冷凝的计算，
· 考虑了壁面滴状冷凝和膜状冷凝，
· 对于吸液芯考虑了毛细力以及多孔介质阻力
· 并行计算效率高。
航天器热管理 - 热管相变冷却
航天器热管理 - 航天器舱内设备散热
仿真工作的意义：
利用IST网格，Virtualflow可以快速的计算共轭换热包括对流、传导以及辐射等多种换热方式的耦合。
利用IST网格，Virtualflow可以快速的计算共轭换热包括对流、传导以及辐射等多种换热方式的耦合。
VirtualFlow 技术优势:
· IST网格计算适合共轭换热计算；
· 利用UDF可以自定义不同方向的导热率；
· 并行计算效率高。
· IST网格计算适合共轭换热计算；
· 利用UDF可以自定义不同方向的导热率；
· 并行计算效率高。
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