欧美在线观看视频网站,亚洲熟妇色自偷自拍另类,啪啪伊人网,中文字幕第13亚洲另类,中文成人久久久久影院免费观看 ,精品人妻人人做人人爽,亚洲a视频

一種高超聲速邊界層流動(dòng)快速初始化方法與流程

文檔序號(hào):40543082發(fā)布日期:2025-01-03 11:02閱讀:15來源:國知局
一種高超聲速邊界層流動(dòng)快速初始化方法與流程

本發(fā)明涉及計(jì)算流體力學(xué)領(lǐng)域,更為具體的,涉及一種高超聲速邊界層流動(dòng)快速初始化方法。


背景技術(shù):

1、在計(jì)算流體力學(xué)(computational?fluid?dynamics,?cfd)中,流動(dòng)仿真是基于各種網(wǎng)格技術(shù)(結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、自適應(yīng)笛卡爾網(wǎng)格等),采用各類數(shù)值方法(有限體積法、有限差分法等)求解納維-斯托克斯(navier-stokes,?n-s)方程進(jìn)行的。不論哪一類數(shù)值方法,其共同特點(diǎn)是將非線性的n-s方程通過擬線性化過程轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗳莸木€性迭代方程,然后采用各種松弛迭代算法對(duì)該擬線性化方程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。從數(shù)學(xué)理論上講,松弛迭代算法的收斂性對(duì)迭代初始值的依賴性強(qiáng),恰當(dāng)?shù)某跏贾悼梢詼p少迭代步數(shù),加快收斂速度;反之,不恰當(dāng)?shù)某跏贾祫t會(huì)影響收斂速度,甚至無法得到收斂的結(jié)果。因此,良好的流動(dòng)初始化條件(即流場初始值)對(duì)保障流場cfd計(jì)算的收斂性和計(jì)算效率至關(guān)重要。

2、在大多數(shù)cfd軟件中,流場初始值通常采用來流條件統(tǒng)一設(shè)置,即在整個(gè)計(jì)算區(qū)域內(nèi),所有網(wǎng)格單元的初始值均由來流條件統(tǒng)一賦值。由于高超聲速流動(dòng)的復(fù)雜性,其數(shù)值模擬過程通常也是采用這樣的初始化設(shè)置。大量數(shù)值研究發(fā)現(xiàn),隨著松弛迭代時(shí)間的推進(jìn),高超聲速外部繞流流場結(jié)構(gòu)中的激波層通常是由邊界層逐步向外推進(jìn)擴(kuò)展的,即激波一般由壁面處產(chǎn)生并向外逐步推進(jìn)演變。這是因?yàn)闅饬魇苷承宰饔茫谶吔鐚觾?nèi)動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能,于是壁面處溫度和壓力首先升高。與此同時(shí),法向速度梯度帶來的擾動(dòng)使得壓力、溫度等流動(dòng)參數(shù)逐步由壁面向外發(fā)展,所以流場特征表現(xiàn)為激波逐步由壁面處產(chǎn)生并向外推進(jìn)。隨著邊界層厚度的發(fā)展演變,不同壁面位置的速度梯度(或擾動(dòng)速度)存在差異,越靠近駐點(diǎn)區(qū)域,邊界層越厚,法向擾動(dòng)速度越小,激波的發(fā)展越緩慢;反之,越是靠近下游流動(dòng)區(qū)域,邊界層越薄,法向擾動(dòng)速度越大,激波的發(fā)展越迅速,故激波首先在下游區(qū)域出現(xiàn),然后隨著時(shí)間推進(jìn)逐步擴(kuò)展到駐點(diǎn)區(qū)域。

3、由邊界層相似理論分析可知,邊界層厚度與來流馬赫數(shù)的平方值成正比,與當(dāng)?shù)乩字Z數(shù)的均方根成反比,因此飛行速度(馬赫數(shù))、大氣高度等參數(shù)的增加,均會(huì)導(dǎo)致邊界層厚度增加,壁面附近的法向速度梯度和擾動(dòng)速度較小,激波在邊界層內(nèi)的推進(jìn)速度緩慢,進(jìn)而流場數(shù)值迭代收斂的耗時(shí)較長。與此同時(shí),若邊界層內(nèi)的網(wǎng)格較密,由于網(wǎng)格層級(jí)間的擾動(dòng)速度受時(shí)間推進(jìn)步長的減小而被進(jìn)一步削弱,則激波層的發(fā)展將長時(shí)間被壓制在邊界層內(nèi),推進(jìn)極其緩慢,最終會(huì)進(jìn)一步延長計(jì)算收斂所需的耗時(shí)。因此,在高空高馬赫數(shù)飛行條件和壁面附近網(wǎng)格較密的情況下,高超聲速流動(dòng)模擬收斂速度極為緩慢,采用必要的加速技術(shù)非常重要。

4、綜合上述分析,邊界層流動(dòng)初始值的合理設(shè)置,尤其是速度梯度(或擾動(dòng)速度)的設(shè)置,是加快高超聲速流場計(jì)算收斂速度和提升數(shù)值模擬效率的“熱點(diǎn)”,有必要發(fā)展相應(yīng)的流動(dòng)初始化方法以加快高超聲速流動(dòng)模擬的收斂速度和提升高超cfd軟件的計(jì)算效率。


技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種高超聲速邊界層流動(dòng)快速初始化方法,通過快速建立合理的高超聲速邊界層流動(dòng)初始值,以加快數(shù)值迭代過程的收斂速度和提升高超cfd軟件在計(jì)算效率方面的性能。

2、本發(fā)明的目的是通過以下方案實(shí)現(xiàn)的:

3、一種高超聲速邊界層流動(dòng)快速初始化方法,針對(duì)高超聲速流動(dòng)的cfd計(jì)算過程,在其流場初始化模塊中增加邊界層流場初始化過程;所述邊界層流場初始化過程,具體包括如下步驟:

4、s1:基于高超聲速無粘流假設(shè)和薄激波層理論,采用局部傾斜角方法預(yù)估計(jì)算得到壁面壓力分布;

5、s2:采用邊界層相似理論預(yù)估計(jì)算得到邊界層厚度;

6、s3:基于薄激波層和小傾斜角假設(shè),由局部碰撞角預(yù)估計(jì)算得到邊界層外緣流線對(duì)應(yīng)的局部激波角;

7、s4:基于絕熱等熵流假設(shè),采用正/斜激波關(guān)系式預(yù)估計(jì)算得到邊界層外緣流動(dòng)參數(shù);

8、s5:采用線性插值計(jì)算得到邊界層內(nèi)法向方向的流動(dòng)參數(shù)分布。

9、進(jìn)一步地,在步驟s1中,所述局部傾斜角方法包括牛頓迭代法及其修正方法、切楔/切錐方法、達(dá)黑姆-巴克方法及其修正方法、激波-膨脹波方法和普朗特-邁耶方法。

10、進(jìn)一步地,在步驟s1中,所述采用局部傾斜角方法預(yù)估計(jì)算得到壁面壓力分布,具體包括子步驟:針對(duì)迎風(fēng)區(qū)面元,采用達(dá)黑姆-巴克修正方法預(yù)測壓力值;針對(duì)背風(fēng)區(qū)面元,采用普朗特-邁耶方法計(jì)算壓力值。

11、進(jìn)一步地,在步驟s2中,所述采用邊界層相似理論預(yù)估計(jì)算得到邊界層厚度,具體包括子步驟:邊界層厚度采用統(tǒng)一取值,采用如下公式進(jìn)行預(yù)估計(jì)算:

12、;

13、其中, δ為局部邊界層厚度,為來流馬赫數(shù),為來流雷諾數(shù)。

14、進(jìn)一步地,在步驟s3中,所述由局部碰撞角預(yù)估計(jì)算得到邊界層外緣流線對(duì)應(yīng)的局部激波,具體包括子步驟:局部激波角由局部碰撞角確定,采用如下公式進(jìn)行預(yù)估計(jì)算:

15、;

16、其中, β為面元邊界層外緣流線對(duì)應(yīng)的激波角,為面元局部碰撞角,為設(shè)定的最小激波角, γ為氣體比熱比。

17、進(jìn)一步地,在步驟s4中,所述采用正/斜激波關(guān)系式預(yù)估計(jì)算得到邊界層外緣流動(dòng)參數(shù),具體包括子步驟:

18、步驟①,基于邊界層內(nèi)零壓力梯度條件,由壁面壓強(qiáng)確定邊界層外緣壓力值,即;

19、步驟②,基于一維絕熱等熵流動(dòng)條件,由激波后總壓和邊界層外緣壓力值計(jì)算邊界層外緣馬赫數(shù);

20、步驟③,基于一維絕熱等熵流動(dòng)條件,由激波后總溫和邊界層外緣馬赫數(shù)計(jì)算邊界層外緣溫度值;

21、步驟④,由邊界層外緣馬赫數(shù)與邊界層外緣溫度計(jì)算邊界層外緣速率值;

22、步驟⑤,由狀態(tài)方程計(jì)算邊界層外緣密度值。

23、進(jìn)一步地,在步驟②中,所述基于一維絕熱等熵流動(dòng)條件,由激波后總壓和邊界層外緣壓力值計(jì)算邊界層外緣馬赫數(shù),具體包括子步驟:采用斜激波關(guān)系式,激波后總壓的計(jì)算方法為:

24、;

25、;

26、式中, β為面元邊界層外緣流線對(duì)應(yīng)的激波角,為來流馬赫數(shù), γ為氣體比熱比,、分別為來流溫度和壓強(qiáng),為激波前總壓,為激波后總壓,為邊界層外緣的壓強(qiáng);

27、在步驟③中,所述基于一維絕熱等熵流動(dòng)條件,由激波后總溫和邊界層外緣馬赫數(shù)計(jì)算邊界層外緣溫度值,具體包括子步驟:

28、由激波后總溫和邊界層外緣馬赫數(shù)計(jì)算邊界層外緣溫度值,采用斜激波關(guān)系式,激波后總溫的計(jì)算方法為:

29、;

30、式中,為激波前總溫;

31、邊界層外緣的溫度表示為:

32、;

33、在步驟④中,所述由邊界層外緣馬赫數(shù)與邊界層外緣溫度計(jì)算邊界層外緣速率值具體包括子步驟:

34、由邊界層外緣馬赫數(shù)與邊界層外緣溫度計(jì)算邊界層外緣速率值,具體計(jì)算方法為:

35、;

36、其中,為空氣常數(shù);

37、由邊界層外緣速率計(jì)算各速度分量值,假設(shè)來流與物面碰撞后,法向動(dòng)量損失,氣流沿著物面的切向方向運(yùn)動(dòng),邊界層外緣速度矢量由面元法向量與來流方向之間的幾何關(guān)系計(jì)算,則各速度分量值的計(jì)算方法具體為:

38、;

39、其中,、、分別為邊界層外緣速率在各坐標(biāo)軸方向上的分量值,為面元的法向量,來流的速度矢量,為邊界層外緣的切向速度矢量,、、分別為切向速度矢量在 x、 y、 z坐標(biāo)軸的分量值;

40、在步驟⑤中,所述由狀態(tài)方程計(jì)算邊界層外緣密度值,具體包括子步驟:

41、;

42、其中,為空氣常數(shù),為邊界層外緣的壓強(qiáng)。

43、進(jìn)一步地,在步驟s5中,所述采用線性插值計(jì)算得到邊界層內(nèi)法向方向的流動(dòng)參數(shù)分布,具體包括子步驟:

44、采用如下公式進(jìn)行預(yù)估計(jì)算:

45、;

46、其中, j表示沿面元法向方向的網(wǎng)格單元序號(hào), σ為插值系數(shù), δ為局部邊界層厚度,為網(wǎng)格單元中心到面元的法向距離,表示組元 i的質(zhì)量分?jǐn)?shù), ns為混合氣體中組元總數(shù),表示來流中組元 i的質(zhì)量分?jǐn)?shù), i=1,2,…, ns;、、為邊界層外緣的速度分量值,、、分別為邊界層外緣的溫度、密度和壓強(qiáng),分別為壁面處的速度分量值,分別為壁面處的溫度、密度和壓強(qiáng),分別為網(wǎng)格單元的速度分量值,分別為網(wǎng)格單元的溫度、密度和壓強(qiáng)。

47、進(jìn)一步地,壁面處的壓強(qiáng)由s1中的局部傾斜角方法計(jì)算得到,壁面處的溫度由壁面溫度條件計(jì)算得到,壁面處的速度分量值由流動(dòng)狀態(tài)條件計(jì)算得到,壁面處的密度值由狀態(tài)方程計(jì)算得到。

48、進(jìn)一步地,所述壁面處的壓強(qiáng)由s1中的局部傾斜角方法計(jì)算得到,壁面處的溫度由壁面溫度條件計(jì)算得到,壁面處的速度分量值由流動(dòng)狀態(tài)條件計(jì)算得到,壁面處的密度值由狀態(tài)方程計(jì)算得到,具體包括如下子步驟:

49、對(duì)于等溫壁條件,壁面溫度,其中為計(jì)算條件給定的常值參數(shù);

50、對(duì)于絕熱壁條件,壁面溫度,其中為第一層網(wǎng)格單元的溫度值;

51、對(duì)于粘性流動(dòng),壁面速度為零,即;

52、對(duì)于無粘流動(dòng),,其中、、分別為第一層網(wǎng)格單元的速度分量值;

53、壁面密度值由狀態(tài)方程計(jì)算得到,其中為空氣常數(shù)。

54、本發(fā)明的有益效果包括:

55、本發(fā)明通過快速建立合理的高超聲速邊界層流場初始值,大幅度提升了數(shù)值迭代過程的收斂速度,對(duì)改善高超cfd軟件在計(jì)算效率方面的性能作用顯著。

56、本發(fā)明方法基于嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn),可以快速建立合理、良好的高超聲速邊界層流動(dòng)初始值,能夠大幅加快流場數(shù)值迭代過程的收斂速度和提升流動(dòng)模擬的綜合計(jì)算效率。

57、本發(fā)明方法對(duì)高超聲速流動(dòng)的一般cfd計(jì)算過程均適用,算法移植便利,使用簡單;其次,本發(fā)明方法僅在流場初始化過程中使用,不會(huì)增加過多計(jì)算消耗,也不會(huì)影響最終結(jié)果的精準(zhǔn)度,對(duì)提升高超cfd軟件在計(jì)算效率方面的性能具有顯著幫助。

58、本發(fā)明方法具有廣泛適用性,在完全氣體模型、熱力學(xué)單溫度模型、熱力學(xué)兩溫度模型等cfd求解器中均可使用,且都具有顯著的加速收斂效果。

當(dāng)前第1頁1 2 
網(wǎng)友詢問留言 已有0條留言
  • 還沒有人留言評(píng)論。精彩留言會(huì)獲得點(diǎn)贊!
1
华蓥市| 白河县| 繁峙县| 江口县| 东丰县| 桐乡市| 周口市| 邵阳县| 新竹市| 长寿区| 合阳县| 开江县| 泰宁县| 潮安县| 互助| 台州市| 叙永县| 楚雄市| 尖扎县| 安顺市| 博野县| 台北市| 凤冈县| 迁安市| 元氏县| 临湘市| 衡东县| 汉中市| 固始县| 旬邑县| 桃江县| 兰溪市| 辽阳县| 抚顺县| 洮南市| 施秉县| 南阳市| 贡山| 徐州市| 桐梓县| 洱源县|