[發(fā)明專(zhuān)利]一種可壓/不可壓混合流動(dòng)的高效擾動(dòng)域推進(jìn)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210469835.6
• 申請(qǐng)日: 2022-04-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115017604A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣崇文;林宏淵;胡姝瑤;高振勛;許晨豪
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/15
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/15;G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京天匯航智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11987
• 代理人: 高永

本公開(kāi)涉及計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種可壓/不可壓混合流動(dòng)的高效擾動(dòng)域推進(jìn)方法。該高效擾動(dòng)域更新方法包括：數(shù)據(jù)讀入與流場(chǎng)初始化；根據(jù)流場(chǎng)初始化的方式，建立初始動(dòng)態(tài)計(jì)算域，基于在動(dòng)態(tài)計(jì)算域內(nèi)，進(jìn)行殘差估計(jì)與時(shí)間積分迭代求解；對(duì)動(dòng)態(tài)計(jì)算域進(jìn)行更新；基于全局殘差與給定收斂殘差閾值的關(guān)系，若是，判斷計(jì)算是否完成，若是，則輸出，若否，則跳轉(zhuǎn)至求解殘差與時(shí)間積分迭代求解；輸出計(jì)算結(jié)果。本發(fā)明解決了雅克比矩陣特征值改變和低馬赫數(shù)區(qū)域判據(jù)不適用的問(wèn)題，提出了適用于預(yù)處理求解可壓/不可壓流場(chǎng)的粘性主導(dǎo)判斷依據(jù)，避免了大量無(wú)效計(jì)算大幅提高計(jì)算效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及計(jì)算流體力學(xué)領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可壓/不可壓混合流動(dòng)的高效擾動(dòng)域推進(jìn)方法。

背景技術(shù)

在航空航天領(lǐng)域，許多重要的問(wèn)題都是可壓縮/不可壓縮的混合流動(dòng)，而直接采用可壓縮計(jì)算方法求解可壓/不可壓混合流動(dòng)時(shí)，特征值的差異導(dǎo)致了嚴(yán)重的病態(tài)條件數(shù)，造成了效率降低和計(jì)算困難。傳統(tǒng)的低速流動(dòng)通常基于壓力耦合方程組的半隱式方法進(jìn)行擴(kuò)展，這種擴(kuò)展在計(jì)算低速問(wèn)題時(shí)效率更高，但分離式求解壓力和速度守恒性與密度基相比較差，且難以直接推廣現(xiàn)有的激波捕捉格式。而以時(shí)間推進(jìn)法和激波捕捉格式為特點(diǎn)的可壓縮流動(dòng)求解方法已經(jīng)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，但在直接求解低速流動(dòng)時(shí)，由于聲速與流速的過(guò)大差異，系統(tǒng)剛性過(guò)大，收斂速度過(guò)慢。預(yù)處理方法的出現(xiàn)使得應(yīng)用可壓縮方程求解可壓/不可壓混合流場(chǎng)成為了一條最優(yōu)途徑。

然而，預(yù)處理方法雖然提高了可壓縮方程在求解可壓/不可壓流場(chǎng)的收斂速度，但在工程實(shí)際的應(yīng)用中，對(duì)其計(jì)算效率提出了更高的要求。擾動(dòng)域更新方法是針對(duì)可壓縮流動(dòng)求解提出的一種新型數(shù)值模擬加速方法，有效提高了數(shù)值模擬的計(jì)算效率。但傳統(tǒng)的擾動(dòng)域更新方法無(wú)法應(yīng)用于預(yù)處理方法對(duì)可壓/不可壓流動(dòng)的求解，其不足之處在于以下兩點(diǎn)：

一是，預(yù)處理方法改變了對(duì)流項(xiàng)雅克比矩陣的特征值，而這特征值即為傳統(tǒng)擾動(dòng)域更新方法中作為擾動(dòng)傳播判據(jù)的當(dāng)?shù)厮俣扰c當(dāng)?shù)芈曀伲@一改變影響了擾動(dòng)域更新法中的諸多判據(jù)；二是，可壓/不可壓混合流動(dòng)往往絕大多數(shù)區(qū)域?yàn)榈婉R赫數(shù)流動(dòng)，密度和溫度變化較小，將總溫或者總焓作為粘性分區(qū)判據(jù)會(huì)導(dǎo)致判斷失效。

因此，目前缺少一種有效提高可壓/不可壓流動(dòng)的計(jì)算效率，服務(wù)于相關(guān)領(lǐng)域的數(shù)值模擬計(jì)算的方法。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本公開(kāi)提供了一種可壓/不可壓混合流動(dòng)的高效擾動(dòng)域推進(jìn)方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)在不影響計(jì)算域有限性帶來(lái)的誤差的同時(shí)，大幅提高計(jì)算效率的技術(shù)問(wèn)題。

本公開(kāi)提供了一種可壓/不可壓混合流動(dòng)的高效擾動(dòng)域推進(jìn)方法，包括：

S1數(shù)據(jù)讀入與流場(chǎng)初始化；

S2根據(jù)所述流場(chǎng)初始化的方式，建立初始動(dòng)態(tài)計(jì)算域，其中，動(dòng)態(tài)計(jì)算域包括對(duì)流動(dòng)態(tài)域和粘性動(dòng)態(tài)域；

S3在所述動(dòng)態(tài)計(jì)算域內(nèi)，求解可壓縮納維-斯托克斯方程當(dāng)前時(shí)間步的殘差，并進(jìn)行時(shí)間積分迭代求解網(wǎng)格參數(shù)；

S4基于S3得到的殘差和網(wǎng)格參數(shù)，對(duì)所述動(dòng)態(tài)計(jì)算域進(jìn)行更新；

S5判斷全局殘差是否小于給定收斂殘差閾值，若是，則計(jì)算完成并執(zhí)行S6，若否，則返回S3；

S6輸出計(jì)算所得網(wǎng)格參數(shù)的值。

進(jìn)一步地，所述S1，包括：

讀入計(jì)算網(wǎng)格、邊界條件、網(wǎng)格參數(shù)和計(jì)算設(shè)置；

基于所述網(wǎng)格參數(shù)，根據(jù)來(lái)流條件或給定流場(chǎng)進(jìn)行所述流場(chǎng)初始化，確定計(jì)算前還未定義邊界和域的物理量初值以及所選物理模型中公式參數(shù)，其中，物理模型中公式參數(shù)包括氣體常數(shù)，粘性系數(shù)，湍流模型系數(shù)。

進(jìn)一步地，所述S2，包括：