[發明專利]非平衡高溫氣體混合物黏性系數計算方法及電子設備

有效

• 申請號: 202011606501.6
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112685973B
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 周靖云;苗文博;呂俊明;程曉麗
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G16C10/00;G16C20/10;G06F113/08;G06F119/14;G06F111/10;G06F119/08
• 代理公司: 北京思創大成知識產權代理有限公司 11614
• 代理人: 張立君

本發明公開了一種非平衡高溫氣體混合物黏性系數計算方法及電子設備，包括：采用Gupta擬合公式計算混合物中各組元的黏性系數；判斷組元是否為帶電粒子，若是，則根據當地自由電子分壓修正組元的黏性系數，并將修正結果作為組元的當量組元黏性系數；若為中性粒子，則讀取當地的單原子分子的摩爾占比，判斷摩爾占比是否滿足設定的閾值條件，若滿足，則采用Wilke混合率計算的修正量對黏性系數做修正，并將修正結果作為當量組元黏性系數，若不滿足，則直接將粘性系數作為當量組元黏性系數；加和計算各組元摩爾占比與當量組元黏性系數乘積獲得混合物黏性系數。實現在保障計算精度的同時有效地降低了全場黏性系數計算開銷，提高程序運行效率。

技術領域

本發明涉及空氣動力學技術領域，更具體地，涉及一種非平衡高溫氣體混合物黏性系數計算方法及電子設備。

背景技術

隨著高超聲速飛行技術的發展，新一代長航時臨近空間高超聲速飛行器成為各航天大國研究的熱點，該類飛行器飛行時間長、外形復雜，高超聲速飛行形成的等離子體鞘套具有復雜的動態特性，傳統的黑障回避技術不再適用，急需探索突破黑障的新方法，這使得對高超聲速復雜外形飛行器外流場等離子體預測的問題逐漸突出。等離子體的預測需要使用包含帶電粒子的化學反應模型，如七組元、十一組元空氣模型，組元數量增加除直接提升化學反應模擬計算量外，還會間接增大黏性系數的計算開銷。以工程常用的混合物黏性計算方法Wilke混合率為例，其算法復雜度為O(n²)，五組元增加到七組元混合物黏性系數計算開銷將翻一番，七組元增加到十一組元混合物黏性系數計算開銷再翻一番，這限制了復雜反應模型的工程應用。

基于此，本文針對高溫氣體混合物黏性系數計算，設計了一種Wilke混合率和Palmer直接加和法相結合的、適用于非平衡高溫氣體混合物黏性系數計算的混合算法，該算法能夠根據流動狀態調整計算策略，有效減少了自由來流區域、近壁面原子復合區域以及氣體接近完全離解區域內混合物黏性系數計算開銷，提高了對高超聲速復雜流場的模擬效率。

發明內容

本發明的目的是提出一種非平衡高溫氣體混合物黏性系數計算方法及電子設備，實現對自由來流區域和近壁面低溫平衡區域內黏性系數的快速計算，在保障計算精度的同時有效地降低了全場黏性系數計算開銷，提高程序運行效率。

為實現上述目的，本發明提出了一種非平衡高溫氣體混合物黏性系數計算方法，其特征在于，包括：

采用Gupta擬合公式計算混合物中各組元的黏性系數；

判斷所述組元是否為帶電粒子，若為帶電粒子，則根據當地自由電子分壓修正所述組元的黏性系數，并將修正結果作為所述組元的當量組元黏性系數；

若所述組元為中性粒子，則讀取當地的單原子分子的摩爾占比，同時，判斷所述摩爾占比是否滿足設定的閾值條件，若滿足，則采用Wilke混合率計算的修正量對所述組元的黏性系數做修正，并將修正結果作為所述組元的當量組元黏性系數，若不滿足，則直接將所述組元的粘性系數作為所述組元的當量組元黏性系數；

加和計算各組元摩爾占比與當量組元黏性系數乘積，獲得所述混合物黏性系數。

本發明還提出一種電子設備，所述電子設備包括：

至少一個處理器；以及，

與所述至少一個處理器通信連接的存儲器；其中，

所述存儲器存儲有可被所述至少一個處理器執行的指令，所述指令被所述至少一個處理器執行，以使所述至少一個處理器能夠執行以上所述的非平衡高溫氣體混合物黏性系數計算方法。

本發明的有益效果在于：