本發(fā)明涉及飛行器，特別涉及顆粒壁湍流邊界層摩阻計算方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、自主開發(fā)流體工業(yè)軟件迫在眉睫，對于平板邊界層和槽道流邊界層這類基礎(chǔ)研究問題的研究關(guān)系到復(fù)雜外形工業(yè)設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計。復(fù)雜外形工業(yè)設(shè)備，如飛行器的發(fā)動機透平，是含顆粒的兩相流問題，其包含復(fù)雜的渦系結(jié)構(gòu)。有鑒于此，開發(fā)含顆粒邊界層的摩阻-渦分解求解器，對于理解在平板邊界層和槽道流邊界層這類基礎(chǔ)研究問題中摩阻和渦的相互關(guān)系而言，至關(guān)重要。顆粒兩相流邊界層的摩阻受到兩個因素影響：一個是顆粒反饋流體，給流體帶來擾動，這種擾動影響著邊界層摩阻的生成，另一個是邊界層附著渦系的演化和發(fā)展，影響著湍流邊界層的動力學(xué)過程，湍流動力學(xué)過程與邊界層摩阻的生成密切相關(guān)。

2、傳統(tǒng)的摩阻分解方法，通過求解navier-stokes方程（納維-斯托克斯方程）的積分方程來獲得摩阻的各組分信息，n-s方程給出的是流場的速度矢量信息，但無法直接給出渦矢量信息，因此傳統(tǒng)摩阻分解方法，無法體現(xiàn)邊界層渦系演化的過程，進而無法獲取準(zhǔn)確的顆粒壁湍流邊界層摩阻。

3、綜上可見，如何提高獲取顆粒壁湍流邊界層摩阻的精確度是本領(lǐng)域有待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種顆粒壁湍流邊界層摩阻計算方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)，提高獲取顆粒壁湍流邊界層摩阻的精確度。其具體方案如下：

2、第一方面，本技術(shù)公開了一種顆粒壁湍流邊界層摩阻計算方法，包括：

3、獲取顆粒兩相壁湍流直接數(shù)值模擬數(shù)據(jù)；

4、根據(jù)所述顆粒兩相壁湍流直接數(shù)值模擬數(shù)據(jù)確定摩阻分解對應(yīng)的各個子效應(yīng)；其中，所述摩阻分解對應(yīng)的各個子效應(yīng)包括剛性壁面附近的平均渦量、螺度張量沿邊界層壁法線積分、顆粒反饋力沿邊界層旋度積分；

5、將所述摩阻分解對應(yīng)的各個子效應(yīng)進行mpi規(guī)約操作求和，以得到剛性壁面統(tǒng)計系綜平均渦矢量分量，利用所述剛性壁面統(tǒng)計系綜平均渦矢量分量以及系綜平均壁面摩擦矢量與渦矢量關(guān)系式獲取顆粒壁湍流邊界層的摩阻。

6、可選的，所述顆粒兩相壁湍流直接數(shù)值模擬數(shù)據(jù)包括壓力、流體平均速度、邊界層厚度、運動學(xué)粘性系數(shù)、壁面渦矢量分量以及顆粒微團對流體的反饋力。

7、可選的，所述根據(jù)所述顆粒兩相壁湍流直接數(shù)值模擬數(shù)據(jù)確定摩阻分解對應(yīng)的各個子效應(yīng)，包括：

8、根據(jù)所述流體平均速度計算剛性壁面附近預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的平均渦量；

9、獲取不同方向上的雷諾應(yīng)力，并根據(jù)所述雷諾應(yīng)力、所述邊界層厚度、所述運動學(xué)粘性系數(shù)、所述壁面渦矢量分量、所述流體平均速度計算螺度張量沿邊界層壁法線積分；

10、獲取顆粒微團對流體的反饋力，并根據(jù)所述邊界層厚度、所述顆粒微團對流體的反饋力計算顆粒反饋力沿邊界層旋度積分。

11、可選的，所述將所述摩阻分解對應(yīng)的各個子效應(yīng)進行mpi規(guī)約操作求和，包括：

12、利用剛性壁面統(tǒng)計系綜平均渦矢量分量表達式將所述摩阻分解對應(yīng)的各個子效應(yīng)進行mpi規(guī)約操作求和；其中，所述剛性壁面統(tǒng)計系綜平均渦矢量分量表達式為：

13、；

14、其中，、、分別為不同方向上的剛性壁面統(tǒng)計系綜平均渦矢量分量，、、分別為不同方向上的剛性壁面附近的平均渦量，?、分別為不同方向上的螺度張量沿邊界層壁法線積分，、、分別為不同方向上的顆粒反饋力沿邊界層旋度積分，i、j、k的取值為1，2，3，并表示三個不同的方向，p為壓力，為運動學(xué)粘性系數(shù)，、、分別為不同方向上的統(tǒng)計系綜平均渦矢量分量，、、分別為不同方向上的流體平均速度，、、、分別為不同方向上的雷諾應(yīng)力，為置換符號，為顆粒微團對流體的反饋力，x為位移變量，為遠離壁面的第一個網(wǎng)格，為邊界層厚度，為壁面。

15、可選的，獲取剛性壁面統(tǒng)計系綜平均渦矢量分量表達式的過程，包括：

16、根據(jù)不可壓縮顆粒流控制方程和渦矢量表達式構(gòu)建初始顆粒兩相流渦動力學(xué)守恒方程，并將所述初始顆粒兩相流渦動力學(xué)守恒方程變換為渦動力學(xué)方程非守恒形式；

17、去除所述渦動力學(xué)方程非守恒形式中的冗余項、非定常項，以得到目標(biāo)顆粒兩相流渦動力學(xué)守恒方程；

18、對所述目標(biāo)顆粒兩相流渦動力學(xué)守恒方程中的粘性耗散項進行積分，以得到邊界層粘性耗散項積分表達式，并對所述邊界層粘性耗散項積分表達式進行轉(zhuǎn)換，以得到粘性耗散項積分表達式；

19、基于所述粘性耗散項積分表達式對剛性壁面渦矢量與網(wǎng)格渦矢量關(guān)系式進行轉(zhuǎn)換，以得到剛性壁面渦矢量表達式，并基于雷諾平均運算公式對所述剛性壁面渦矢量表達式進行轉(zhuǎn)換，以得到剛性壁面統(tǒng)計系綜平均渦矢量分量表達式。

20、可選的，獲取系綜平均壁面摩擦矢量與渦矢量關(guān)系式的過程，包括：

21、基于渦矢量定義式將壁面切應(yīng)力矢量定義式進行轉(zhuǎn)化，以得到壁面切應(yīng)力矢量行列式，并基于壁面切應(yīng)力矢量分量式將所述壁面切應(yīng)力矢量行列式轉(zhuǎn)換為壁面切應(yīng)力矢量分量表達式；

22、對所述壁面切應(yīng)力矢量分量表達式進行轉(zhuǎn)換，以得到系綜平均壁面摩擦矢量與渦矢量關(guān)系式。

23、可選的，所述系綜平均壁面摩擦矢量與渦矢量關(guān)系式為：

24、；

25、；

26、其中，為系綜平均的顆粒壁湍流邊界層的摩阻矢量，、分別為方向上系綜平均顆粒壁湍流邊界層的摩阻矢量，表示動力學(xué)粘性系數(shù)，表示流體密度，t為轉(zhuǎn)置，、、分別為不同方向上的剛性壁面統(tǒng)計系綜平均渦矢量分量。

27、第二方面，本技術(shù)公開了一種顆粒壁湍流邊界層摩阻計算裝置，包括：

28、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取顆粒兩相壁湍流直接數(shù)值模擬數(shù)據(jù)；

29、摩阻分解模塊，用于根據(jù)所述顆粒兩相壁湍流直接數(shù)值模擬數(shù)據(jù)確定摩阻分解對應(yīng)的各個子效應(yīng)；其中，所述摩阻分解對應(yīng)的各個子效應(yīng)包括剛性壁面附近的平均渦量、螺度張量沿邊界層壁法線積分、顆粒反饋力沿邊界層旋度積分；

30、摩阻獲取模塊，用于將所述摩阻分解對應(yīng)的各個子效應(yīng)進行mpi規(guī)約操作求和，以得到剛性壁面統(tǒng)計系綜平均渦矢量分量，利用所述剛性壁面統(tǒng)計系綜平均渦矢量分量以及系綜平均壁面摩擦矢量與渦矢量關(guān)系式獲取顆粒壁湍流邊界層的摩阻。

31、第三方面，本技術(shù)公開了一種電子設(shè)備，包括：

32、存儲器，用于保存計算機程序；

33、處理器，用于執(zhí)行所述計算機程序，以實現(xiàn)前述公開的顆粒壁湍流邊界層摩阻計算方法的步驟。

34、第四方面，本技術(shù)公開了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，用于存儲計算機程序；其中，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)前述公開的顆粒壁湍流邊界層摩阻計算方法的步驟。

35、本技術(shù)有益效果為：本技術(shù)根據(jù)顆粒兩相壁湍流直接數(shù)值模擬數(shù)據(jù)確定摩阻分解對應(yīng)的各個子效應(yīng)，即確定剛性壁面附近的平均渦量、螺度張量沿邊界層壁法線積分、顆粒反饋力沿邊界層旋度積分，對剛性壁面附近的平均渦量、螺度張量沿邊界層壁法線積分、顆粒反饋力沿邊界層旋度積分進行mpi規(guī)約操作求和，以得到剛性壁面統(tǒng)計系綜平均渦矢量分量，再利用剛性壁面統(tǒng)計系綜平均渦矢量分量以及系綜平均壁面摩擦矢量與渦矢量關(guān)系式獲取顆粒壁湍流邊界層的摩阻，因為渦矢量的存在會導(dǎo)致流體微團在壁面附近產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動以增加流體與壁面之間的壁面摩擦力，所以本技術(shù)結(jié)合剛性壁面附近的平均渦量以及剛性壁面統(tǒng)計系綜平均渦矢量分量來獲取顆粒壁湍流邊界層的摩阻，更加全面的考慮摩阻生成因素，從而提高獲取顆粒壁湍流邊界層摩阻的精確度。