[發明專利]流場數據的數值計算方法和裝置

有效

• 申請號: 202010008510.9
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN110795869B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 李樺;于航;田正雨;謝文佳;賴劍奇;張燁;楊帆
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本申請涉及一種流場數據的數值計算方法和裝置。所述方法包括：根據對預先設置的流動區域離散化，得到流動區域對應的網格數據，網格數據包括：網格的形狀以及網格節點的位置，根據所述網格數據以及預先設置的來流初始條件，確定網格界面處的當地馬赫數，根據當地馬赫數，確定用于對預先設置的通量計算格式進行修正，得到低馬赫修正通量計算格式，根據低馬赫修正通量計算格式，獲取流動區域中的流場模擬數據。采用本方法能夠可靠、準確地獲得流動的流場數據。

技術領域

本申請涉及計算流體力學技術領域，特別是涉及一種流場數據的數值計算方法和裝置。

背景技術

計算流體力學（Computation Fluid Dynamic， CFD）在當今工程應用中起到了不可忽視的作用，它與實驗流體力學和理論流體力學一起被稱為流體力學研究的三大手段。相對于理論分析方法，CFD不依賴于簡化的物理模型，直接可以對流體流動的控制方程進行求解；并且CFD可以給出多種物理現象的流動細節，這是實驗方法很難做到的。因此CFD迅速成為了實際工程設計與分析廣泛采用的有力工具。激波是流動中常見的現象，隨著CFD的廣泛應用，如何精確、高效地對激波進行模擬成為了一個重要的研究內容，目前最常用的方法是激波捕捉法。

激波捕捉法以弱解的數學理論為基礎，在網格單元內利用離散形式的守恒律，能夠有效地計算包含激波在內的多種間斷，即使對于復雜流動，利用單一的數值格式在所有網格內重復相同的計算操作，也可以使計算得到大大簡化，因此在包含激波的超聲速與高超聲速流動的數值模擬中得到了廣泛應用。1959年提出的Godunov理論對激波捕捉方法的發展起到了重要作用。然而，基于Godunov方法的激波捕捉格式在求解當地黎曼問題時算法復雜，計算成本高，因此為了降低算法的復雜度與計算成本，激波捕捉法發展的一個分支是構造近似黎曼求解器，近似黎曼求解器的迎風通量的一種，一般可以分為兩種類型：通量差分分裂法（FDS）和矢通量分裂法。相比于FVS格式，FDS格式的數值黏性小，求解剪切流動的精度高，更適合計算多維黏性流動。

在實際的工程計算中，流場中往往會有不同速度的流動區域同時存在，這時流體不能再被簡單地認為是可壓縮的或者不可壓縮的，流場中同時有不/微可壓縮流動和可壓縮流動存在，以高超聲速研究中常用的鈍頭體繞流為例，在高超聲速來流區域和激波附近，流體速度大于0.3Ma，這是流體要被認為是可壓縮的，而在靠近鈍頭壁面的邊界層內，空氣要被看作是不可壓或者是微可壓的。因此，發展適用于全速域的數值模擬方法，能夠提高CFD在實際問題應用中的可信度。

發明內容

基于此，有必要針對無法準確獲取流動區域中的流場模擬數據問題的技術問題，提供一種流場數據的數值計算方法和裝置。

一種流場數據的數值計算方法，所述方法包括：

根據對預先設置的流動區域離散化，得到所述流動區域對應的網格數據；所述網格數據包括：網格的形狀以及網格節點的位置；

根據所述網格數據以及預先設置的來流初始條件，確定網格界面處的當地馬赫數；所述來流初始條件包括：間斷兩側的初始速度分量和聲速；

根據所述當地馬赫數，對預先設置的通量計算格式進行修正，得到低馬赫修正通量計算格式；

根據所述低馬赫修正通量計算格式，獲取流動區域中的流場模擬數據。

在其中一個實施例中，還包括：根據所述網格的形狀，確定間斷左右側網格界面處的物理數據；所述物理數據包括：間斷兩側速度分量和聲速；確定間斷兩側速度分量平方和的算術平方根與對應聲速比值的最大值作為網格界面處的當地馬赫數。

在其中一個實施例中，還包括：根據所述當地馬赫數，建立權函數；所述權函數用于從所述當地馬赫數和1中選擇較小的作為權值；根據間斷左右側垂直于所述網格的速度差、垂直于所述網格的單位法向量、流體密度、聲速以及所述權函數，得到低馬赫修正項；將所述低馬赫修正項與預先設置的通量計算格式進行疊加，得到低馬赫修正通量計算格式。