[發明專利]一種高超聲速流向轉捩預測方法

有效

• 申請號: 202010731723.4
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN112052632B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 張毅鋒;向星皓;陳堅強;袁先旭;陳曦
• 申請（專利權）人: 空氣動力學國家重點實驗室
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 孫杰

1.一種高超聲速流向轉捩預測方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、采用Navier-Stokes方程計算得到層流流動控制方程，并根據層流流動控制方程獲得層流流場信息；

S2、通過對層流流場信息進行分析獲取邊界層的外緣信息；

S3、根據邊界層的外緣信息和轉捩準則預測轉捩是否發生；

所述步驟S2的具體步驟為：

選取沿壁面法向總焓峰值位置到壁面距離作為邊界層厚度，對層流流場信息進行全場搜尋后，獲得流場的邊界層厚度分布，并根據邊界層厚度分布計算邊界層外緣位置的總焓邊界層厚度和邊界層外緣馬赫數，計算公式為：

上式中，Re_θ為邊界層外緣位置的總焓邊界層厚度，ρ_e為邊界層外緣密度，U_e為邊界層外緣速度，θ為邊界層厚度分布，Ma_e為邊界層外緣馬赫數，μ_e為邊界層外緣運動沾滯系數，c_e為邊界層外緣音速；

所述步驟S3中的轉捩準則為：

上式中，C₁和C₂均為常數，C₁＝80，C₂＝100，α為攻角，其取值為0-10°；

所述步驟S3中轉捩是否發生的預測方法為：

當流場的判據值低于Re_θ/Ma_e時，則轉捩未發生，此時流場仍為層流狀態；

當流場的判據值高于Re_θ/Ma_e時，則轉捩開始發生，流場沿流向向下游逐漸發展為湍流狀態。

2.根據權利要求1所述的高超聲速流向轉捩預測方法，其特征在于，所述步驟S1的具體步驟為：

根據實驗模型外形繪制計算網格并設定邊界條件，采用Chant2.0數值計算平臺，采用Navier-Stokes方程在無擾動、無體積力與外部熱源的情況下展開層流計算，得到層流流動控制方程，并根據層流流動控制方程獲得層流流場信息。

3.根據權利要求1所述的高超聲速流向轉捩預測方法，其特征在于，所述步驟S1中層流流動控制方程為：

上式中，Q、f、g和h均為列向量，t為粘性應力分量，x、y、z分別為橫縱豎坐標；

其中，列向量Q的計算公式為：

列向量f的計算公式為：

列向量g的計算公式為：

列向量h的計算公式為：

上式中，ρ為密度，u為x方向上的速度，v為y方向上的速度，w為z方向上的速度，e為單位質量氣體總能量，p為壓力，τ_xx、τ_xy、τ_xz、τ_yy、τ_yz和τ_zz均為粘性應力分量，q_x為x方向的熱流密度，q_y為y方向上的熱流密度，q_z為z方向上的熱流密度；

其中，粘性應力分量τ_xx、τ_xy、τ_xz、τ_yy、τ_yz和τ_zz的計算公式為：

上式中，μ為氣體動力粘性系數。