專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于數(shù)值模擬的非定常激波生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算流體力學(xué)領(lǐng)域，具體涉及超聲速流動(dòng)數(shù)值模擬的非定常激波生成方法。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)的發(fā)展，數(shù)值模擬在流體力學(xué)的研究中發(fā)揮出越來(lái)越重要的作用，并可以提供許多實(shí)驗(yàn)難以獲取的信息。流體力學(xué)的一個(gè)重要分支是超聲速流動(dòng)，此時(shí)不可避免地會(huì)出現(xiàn)激波，并經(jīng)常伴隨著激波/邊界層干擾、激波/湍流渦干擾、激波/混合層相互作用、激波/火焰相互作用等復(fù)雜現(xiàn)象的出現(xiàn)，使問(wèn)題變得異常復(fù)雜。經(jīng)過(guò)多年的研究，目前對(duì)激波已經(jīng)形成了一些初步認(rèn)識(shí)。一方面，強(qiáng)激波往往伴隨著較大的阻力和流動(dòng)損失，此時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行削弱和控制 ’另一方面，激波有增強(qiáng)混合及燃燒的作用，可以設(shè)法對(duì)其進(jìn)行合理利用。然而，目前對(duì)涉及激波的這些復(fù)雜過(guò)程的理解還非常有限，對(duì)其中的很多機(jī)理性問(wèn)題還缺乏清晰的認(rèn)識(shí)，因此有必要進(jìn)一步深入研究。數(shù)值模擬為研究這些涉及激波的復(fù)雜過(guò)程提供了一種有效的手段。此時(shí)一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題就是如何在數(shù)值模擬中生成我們想要的激波。另外，激波通常具有很強(qiáng)的非定常特性，為了使數(shù)值模擬更接近物理實(shí)際，常常需要生成非定常激波，即位置和強(qiáng)度隨時(shí)間變化的激波。目前的數(shù)值研究針對(duì)非定常激波的處理方法大體可以分為三類(lèi)。第一種是自然激波生成方法。基于真實(shí)物理?xiàng)l件對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行模擬，并采用一些特定的數(shù)值方法捕捉流場(chǎng)中可能出現(xiàn)的激波或涉及激波的各種非定常過(guò)程。這是一種最常用的方法，它的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單方便，不需要太多的人為處理。第二種是初始化激波生成方法。在流場(chǎng)初始化的時(shí)候給定一道激波，讓其自由掃過(guò)流場(chǎng)°Yang等(J.Yang, et al.Applications of Shock-1nduced Mixing to SupersonicCombustion.AIAA Journal, 31 (5):854-862,1993.)采用該方法研究了激波誘導(dǎo)潤(rùn)流的過(guò)程。第三種是可動(dòng)障礙物激波生成方法。在超聲速流中的特定位置人為地設(shè)置一些障礙物，從而可獲得具有一定特征的激波，如Boles等通過(guò)在上壁面設(shè)置斜劈產(chǎn)生斜激波來(lái)研究激波 / 噴流羽流相互作用(J.A.Boles, et al.Hybrid LES/RANS Simulations ofShock-Distorted Injection Plumes.AIAA Paper 2012-0480, 2012.)。在此基礎(chǔ)上引入動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，從而可以模擬障礙物的運(yùn)動(dòng)過(guò)程并生成具有一定特征的非定常激波。上述激波生成方法存在以下不足:1、對(duì)于自然激波生成方法，激波行為不能控制，而且很難將激波及其影響從諸多復(fù)雜的因素中解耦出來(lái)，不適用于機(jī)理研究。2、對(duì)于初始化激波生成方法，激波一旦生成，其行為亦不可控制，且只能研究激波一次掃過(guò)流場(chǎng)的過(guò)程，不能模擬激波與流場(chǎng)的持續(xù)、反復(fù)作用過(guò)程。3、對(duì)于可動(dòng)障礙物生成激波方法， 動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)的引入會(huì)大大增加數(shù)值處理的困難，從而限制該方法在一些復(fù)雜流動(dòng)中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種用于數(shù)值模擬的非定常激波生成方法，利用該方法可生成便于控制的非定常激波，而且簡(jiǎn)單易行。本發(fā)明一種用于數(shù)值模擬的非定常激波生成方法，包括以下步驟:步驟一、選擇數(shù)值模擬的流場(chǎng)一個(gè)邊界為激波邊界1 ;步驟二、設(shè)定激波入射點(diǎn)11在激波邊界I上的坐標(biāo)-Xs和激波角3- β ；采用如下方式描述:xs = f(t) β = g(t)其中t為時(shí)間，f(t)和g(t)為時(shí)間t的函數(shù)；步驟三、設(shè)定激波前邊界12的參數(shù)條件；激波前邊界12的參數(shù)條件為已知激波前氣流5的參數(shù)條件，即馬赫數(shù)為M1，壓力為P1，密度為ρ1，溫度為T(mén)1，流向速度為U1，橫向速度V1 = 0 ;步驟四、根據(jù)激波關(guān)系式確定激波后邊界13的參數(shù)條件，即馬赫數(shù)M2，壓力為p2，密度為P2，溫度ST2，流向速度為U2，橫向速度V2 ;步驟五、在數(shù)值模擬中生成非定常激波。所述步驟四的激波后邊界13的參數(shù)條件的計(jì)算公式為:
權(quán)利要求
1.一種用于數(shù)值模擬的非定常激波生成方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一、選擇數(shù)值模擬的流場(chǎng)一個(gè)邊界為激波邊界(I)； 步驟二、設(shè)定激波入射點(diǎn)(11)在激波邊界(I)上的坐標(biāo)-Xs和激波角3-β ； 采用如下方式描述:xs = f(t) β = g(t) 其中t為時(shí)間，f(t)和g(t)為時(shí)間t的函數(shù)； 步驟三、設(shè)定激 波前邊界(12)的參數(shù)條件； 激波前邊界(12)的參數(shù)條件為已知激波前氣流(5)的參數(shù)條件，即馬赫數(shù)為M1，壓力為P1，密度為P工，溫度為T(mén)1，流向速度為U1，橫向速度V1 = O ; 步驟四、根據(jù)激波關(guān)系式確定激波后邊界(13)的參數(shù)條件，即馬赫數(shù)M2，壓力為p2，密度為P2，溫度ST2，流向速度為U2，橫向速度V2 ; 步驟五、在數(shù)值模擬中生成非定常激波。
2.如權(quán)利要求1所述一種用于數(shù)值模擬的非定常激波生成方法，其特征在于所述步驟四的激波后邊界(13)的參數(shù)條件的計(jì)算公式為:
全文摘要
本發(fā)明一種用于數(shù)值模擬的非定常激波生成方法，包括以下步驟步驟一、選擇數(shù)值模擬的流場(chǎng)一個(gè)邊界為激波邊界；步驟二、設(shè)定激波入射點(diǎn)在激波邊界上的坐標(biāo)xs和激波角β；步驟三、設(shè)定激波前邊界的參數(shù)條件即已知激波前氣流的參數(shù)條件；步驟四、根據(jù)激波關(guān)系式確定激波后邊界的參數(shù)條件；步驟五、在數(shù)值模擬中生成非定常激波。利用該方法可生成便于控制的非定常激波，而且簡(jiǎn)單易行。
文檔編號(hào)G06F17/50GK103106295SQ201210595660
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者汪洪波, 王振國(guó), 孫明波, 吳海燕 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)