本发明属于水冲压发动机热力计算，具体涉及一种宽水燃比范围水冲压发动机热力计算方法、程序、设备及存储介质。
背景技术：
1、采用水反应金属燃料作为燃料的水冲压发动机，是满足水下超高速设备具有高航速和远航程需求的新型动力系统。这种发动机利用海水作为氧化剂，通过高含量的金属燃料进行反应，产生高温高压的反应产物，可以显著提高推进剂的能量密度和发动机的比冲性能。在此基础上，通过采用引入三次冲压海水，提高发动机水燃比的方法，可以提高燃烧产物中的液相占比，降低燃烧产物的膨胀能力，从而降低喷口速度、提高喷口流量，有助于在发动机内部形成气液两相流，从而通过喷嘴喷出产生更高的推力。
2、由于三次冲压海水的引入，因而在水冲压发动机的热力计算过程中需要将水燃比的计算范围扩展到很宽。传统的水冲压发动机热力计算方法通常利用cea软件进行热力计算，当在宽水燃比范围下利用cea软件进行热力计算时，常常会出现低水燃比下计算准确，而高水燃比下计算发散的情况。可见，在宽水燃比范围下，水冲压发动机的热力计算成为一个难点。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种宽水燃比范围水冲压发动机热力计算方法，可以解决在宽水燃比范围下，水冲压发动机的热力计算存在的计算发散问题，从而有效地针对不同阶段下的发动机运行状态进行热力计算。
2、一种宽水燃比范围水冲压发动机热力计算方法，包括以下步骤：
3、步骤1：获取当前时刻水冲压发动机的总水燃比和航行速度；
4、步骤2：将当前时刻水冲压发动机的总水燃比与水燃比临界点进行比较，判断当前时刻水冲压发动机的工作阶段；
5、所述水燃比临界点包括蒸汽相变临界点和雾化蒸发极限点；
6、所述水冲压发动机的工作阶段包括水冲压阶段、过渡阶段和气液两相阶段；
7、若当前时刻水冲压发动机的总水燃比小于蒸汽相变临界点的水燃比，则判断水冲压发动机处于水冲压阶段；
8、若当前时刻水冲压发动机的总水燃比介于蒸汽相变临界点的水燃比与雾化蒸发极限点的水燃比之间，则判断水冲压发动机处于过渡阶段；
9、若当前时刻水冲压发动机的总水燃比大于雾化蒸发极限点的水燃比，则判断水冲压发动机处于气液两相阶段；
10、步骤3：根据当前时刻水冲压发动机的工作阶段，计算当前时刻水冲压发动机的喷管出口速度，进而对水冲压发动机进行热力计算，得到当前时刻水冲压发动机的比冲；
11、若水冲压发动机处于水冲压阶段，则当前时刻水冲压发动机的喷管出口速度ve1为：
12、
13、其中，hc为燃烧室处的焓值，he为喷管出口处的焓值。
14、若水冲压发动机处于过渡阶段，则当前时刻水冲压发动机的喷管出口速度ve2为：
15、
16、其中，tc为燃烧室温度；pe为喷管出口的压力；pc为燃烧室内的压力；csl为凝相比热容；cg为燃气比热容；ε为凝相质量分数；n＝rg/(cg+csl·ε/(1-ε))，rg为气体常数。
17、若水冲压发动机处于水冲压阶段或过渡阶段，则当前时刻水冲压发动机的比冲isp为：
18、isp＝(1+φw)vei-φwu
19、其中，φw为当前时刻水冲压发动机的总水燃比；u为当前时刻水冲压发动机的航行速度；vei为当前时刻水冲压发动机所处工作阶段的喷管出口速度，i＝1,2；
20、若水冲压发动机处于气液两相阶段，则当前时刻水冲压发动机的喷管出口速度ve3为：
21、
22、其中，km＝(ms+ml)/mg，mg为流场内的气相流量，ms为流场内的固相流量，ml为流场内的工质水流量；ρsl为固液混合相密度，ρl为工质水的密度；t为喷管入口截面温度；vc为气液两相流在燃烧室内的速度；
23、水冲压发动机处于气液两相阶段时，当前时刻水冲压发动机的比冲isp为：
24、isp＝(1-nmsεs)(1+φw)ve3-φfvr-φwu
25、其中，nms为滞止损失系数，εs为固相占总流量的质量分数；φf为工质水对应的水燃比，定义为工质水与粉末的质量流量之比；vr＝vg-vl，vg为气相速度，vl为液相速度。
26、进一步地，所述步骤2中蒸汽相变临界点的水燃比的计算方法为：
27、利用cea软件进行热力学分析，当燃烧产物中出现液态水的时，标记为蒸汽相变临界点，并利用标记为蒸汽相变临界点时刻的燃料总质量流量与引入海水总质量流量，计算得到蒸汽相变临界点的水燃比。
28、进一步地，所述步骤2中雾化蒸发极限点的水燃比的计算方法为：
29、
30、其中，为雾化蒸发极限点的水燃比；φ1为一次水燃比，根据一次燃烧引入的燃料总质量流量与海水总质量流量计算得到；为二次临界水燃比，mw2为二次进水流量，mp为一次燃烧产物流量，cp为一次燃烧产物的定压比热容，cwater为水的定压比热容，l为气化潜热，tsat为水蒸汽的饱和温度，ti为二次进水的温度。
31、进一步地，所述步骤3中若当前时刻述水冲压发动机处于气液两相阶段，则喷管入口截面温度t的计算方法为：
32、
33、其中，tf为工质水的温度；cs为固相比热容；cwater为水的定压比热容；mv为燃烧产物中蒸汽质量；mw3为工质水的质量流量；l为气化潜热；nv为蒸汽相变的质量分数，nt为气固两相温度滞后系数，nms为滞止损失系数。
34、一种计算机装置/设备/系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述宽水燃比范围水冲压发动机热力计算方法的步骤。
35、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述宽水燃比范围水冲压发动机热力计算方法的步骤。
36、一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述宽水燃比范围水冲压发动机热力计算方法的步骤。
37、本发明的有益效果在于：
38、本发明通过比较总水燃比与水燃比临界点，确定发动机的工作阶段，有效地针对不同阶段下的发动机运行状态进行热力计算，避免了燃烧室内相变问题对热力计算造成的影响；相较于传统的水冲压发动机热力计算方法，能够解决宽水燃比范围下水冲压发动机的热力计算存在的计算发散问题，更加精确地反映了不同工作阶段下的发动机性能特征。
1.一种宽水燃比范围水冲压发动机热力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种宽水燃比范围水冲压发动机热力计算方法，其特征在于：所述步骤2中蒸汽相变临界点的水燃比的计算方法为：
3.根据权利要求1所述的一种宽水燃比范围水冲压发动机热力计算方法，其特征在于：所述步骤2中雾化蒸发极限点的水燃比的计算方法为：
4.根据权利要求1所述的一种宽水燃比范围水冲压发动机热力计算方法，其特征在于：所述步骤3中若当前时刻述水冲压发动机处于气液两相阶段，则喷管入口截面温度t的计算方法为：
5.一种计算机装置/设备/系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，其特征在于：该计算机程序/指令被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。
7.一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于：该计算机程序/指令被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。
