[發明專利]一種可解析時變熱響應的高速氣動熱CFD求解方法

有效

• 申請號: 202210246933.3
• 申請日: 2022-03-04
• 公開（公告）號: CN114626313B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 楊肖峰;蔡興考;杜雁霞;劉磊;肖光明;魏東;桂業偉
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心計算空氣動力研究所
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/23;G06F17/13;G06F111/10;G06F119/08;G06F113/08
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 張杰

1.一種可解析時變熱響應的高速氣動熱CFD求解方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟A，根據自由來流條件設定給定溫度T_w(x,0)和給定熱流q_w,g(x)，并通過兩次CFD計算得到表面溫度T_w,g(x)和初始熱流q_w(x,0)；

步驟B，基于步驟A的兩次CFD計算結果，構建t時刻的表面溫度-熱流線性關聯式；

步驟C，給定溫度T_w(x,0)和初始熱流q_w(x,0)已知，或基于時刻t表面溫度-熱流線性關聯式，經過i次循環步后t_i時刻表面溫度T_w(x,t_i)和熱流q_w(x,t_i)已知，則將熱流q_w(x,t_i)減去表面輻射散熱熱流q_r得到導入防熱結構內部的凈熱流q_c；

步驟D，忽略防熱結構內部橫向導熱和艙內對流傳熱的影響，將防熱結構表面受熱問題假定為半無限大平板非穩態導熱問題，由此利用凈熱流q_c建立時變溫度-熱流積分關系；然后在時間步Δt_i＝t_i+1-t_i內對時變溫度-熱流積分關系進行有限差分離散，求解t_i+1時刻的表面溫度；至此，本時間步Δt_i內的積分計算結束；

步驟E，令i＝i+1，若i＜n，返回步驟B進行下一時刻積分計算，直到求解至t_n時刻的表面溫度T_w(x,t_n)和熱流q_w(x,t_n)；

步驟D中利用凈熱流q_c建立的時變溫度-熱流積分關系如下：

其中，α表示熱擴散系數、κ表示絕熱指數、s表示中間變量；

步驟D中在時間步Δt_i＝t_i+1-t_i內對時變溫度-熱流積分關系進行有限差分離散，求解t_i+1時刻的表面溫度的公式如下：

其中，T_w(x,t_i+1)表示t+1時刻的表面溫度。

2.根據權利要求1所述的可解析時變熱響應的高速氣動熱CFD求解方法，其特征在于，步驟A中給定溫度T_w(x,0)為熱響應初始時刻溫度，給定熱流q_w,g(x)為絕熱條件；然后分別對設定溫度T_w(x,0)和給定熱流q_w,g(x)進行CFD計算：

根據給定溫度T_w(x,0)進行CFD計算得到初始熱流q_w(x,0)；

根據給定熱流q_w,g(x)進行CFD計算得到表面溫度T_w,g(x)。

3.根據權利要求2所述的可解析時變熱響應的高速氣動熱CFD求解方法，其特征在于，步驟B中所述t時刻的表面溫度-熱流線性關聯式如下：

其中，t時刻表面溫度T_w(x,t)和熱流q_w(x,t)為未知變量，但二者互相關聯，且表面溫度T_w(x,t)所對應的t時刻未知待求。

4.根據權利要求3所述的可解析時變熱響應的高速氣動熱CFD求解方法，其特征在于，步驟C中，表面輻射散熱熱流q_r表示為：

其中，∈表示表面發射率；σ表示斯忒藩-玻爾茲曼常數，單位為W/(m²·K⁴)；T_w表示表面溫度，單位為K；T_∞表示環境溫度，單位為K。