CN107944150A - 内外流多组元化学反应流场一体化数值模拟模型 - Google Patents

内外流多组元化学反应流场一体化数值模拟模型 Download PDF

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CN107944150A CN201711212791.4A CN201711212791A CN107944150A CN 107944150 A CN107944150 A CN 107944150A CN 201711212791 A CN201711212791 A CN 201711212791A CN 107944150 A CN107944150 A CN 107944150A
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Abstract

本发明公开了内外流多组元化学反应流场一体化数值模拟模型，属飞行器气动计算领域。本发明将空气化学反应和燃料燃烧反应视为一个整体化学反应系统，采用统一的格式建立包含了C、H、O、N 等元素的气体单质、化合物和NO+、e‑等离子组元的化学反应数据库，能够计算既有外流为空气化学反应又有内流为燃烧反应的流场，可以避免由于空气化学反应和燃烧反应在组元特性、热力学参数、反应速率等方面差别较大而必须将两种反应分开计算的麻烦。计算结果与参考文献的高吻合度验证了统一建模方法和化学反应数据库的可行性及内外流一体化数值模拟模型的可靠性。

Description

内外流多组元化学反应流场一体化数值模拟模型
技术领域
本发明涉及飞行器气动计算领域，尤其涉及内外流多组元化学反应流场一体化数值模拟模型。
背景技术
高超声速飞行器在大气层飞行过程中，围绕飞行器的高温空气将出现振动能激发、离解、电离等现象，外流场为化学非平衡流场；同时，高超声速飞行器动力系统与控制系统多采用燃气热喷流，内流场为多组元燃烧反应流场。如X-43A、X-51及某些高超声速远距格斗空空导弹等典型高超声速飞行器的真实飞行情况下，其飞行流场中必然同时存在空气化学反应与燃烧反应。然而，空气化学反应和燃烧反应在组元特性、热力学参数、反应速率等方面差别较大，因此目前对这两种化学反应的数值模拟都是分别独立进行的，单独对这两种化学反应流场的数值模拟研究已经相对成熟。
在空气化学反应方面，空气化学非平衡流场的数值模拟考虑的组元包括O2、N2、O、N、NO及对应的离子和电子，根据飞行速度和高度选取不同的化学反应模型(五组元、七组元和十一组元模型)和反应方程组，给出高超声速飞行器外流场的数值预测结果，包括激波结构、温度分布和压力分布等，为高超声速飞行器气动力优化和气动热防护设计提供技术支持。
在燃烧反应方面，随着先进高超声速飞行器设计方法的迅速发展，对动力系统和RCS(Reaction Control System反应控制系统)控制系统作用机理的研究不断深入，考虑动力系统和RCS系统的燃烧内流变得十分必要，燃烧流场的数值模拟考虑的组元为气态燃料剂和空气。根据燃料剂的不同选择化学反应模型和反应方程组，从而给出内流场的数值预测结果。
然而,单独计算内外场对于两种化学反应同时存在的情况下并不是一个最佳的方法，因此，开发一种包含空气化学反应和燃烧反应的多组元化学反应流场统一模型十分必要。
发明内容
本发明提供了内外流多组元化学反应流场一体化数值模拟模型，将空气化学反应和燃烧反应集成在一个模拟模型中，能够更加的贴近现实情况，达到更好的模拟效果。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
内外流多组元化学反应流场一体化数值模拟模型，由外流的高温空气化学反应和内流的燃料燃烧化学反应构成。
进一步的，所述高温空气化学反应模型和燃料燃烧化学反应模型的通式为：
其中，r＝1,2,...,NR，NS为组元个数，NR为反应方程式个数，NJ为NS个组元与催化体个数之和，αi,r，βi,r为第r个反应中组元i的化学计量系数，kf,r为正向化学反应速率系数，kb,r为逆向化学反应速率系数，Xi为组元成分或催化体，以单位体积的摩尔数表示；
每单位体积中第i个组元的净质量生成速率为：
Mi为组元i的分子量，ρ是混合气体密度。
进一步的，所述高温空气化学反应模型包括：
5组元5方程：
7组元7方程：
11组元26方程：
进一步的，所述燃料燃烧化学反应模型包括：
氢气-空气7组元7反应模型：
乙烯-空气6组元2反应模型：
进一步的，空气化学反应和燃料燃烧化学反应的控制方程采用多组元Navier-Stokes方程，其守恒形式表达如下：
ρ,ui,uj,p,T,k分别为混合气体密度，混合气体i方向的速度，混合气体j方向的速度，混合气体压强，混合气体温度，混合气体导热系数，混合气体动力粘性系数，Ys,Ds,hs分别为组元s的质量分数、扩散系数、质量生成率和单位质量焓，δij为Kronecker符号，当i＝j时值为1，当i≠j时值为0。τij为在与i轴垂直的平面内，j方向的剪切应力；μ为混合气体动力粘性系数。H、E分别表示混合气体单位质量总能和总焓；
所述混合气体的压力为：
其中T仍为混合气体温度。所述混合气体的单位质量总能为：
Ms为组元的分子质量，Ru为通用气体常数，ρs为组元s的密度，u、v、w分别表示混合气体三个方向分速度。控制方程采用基于混合网格的有限体积法求解，空间离散采用中心格式，时间离散采用五步龙格-库塔显式时间推进方法，湍流模型采用Spalart-Allmaras(S-A)模型。
进一步的，空气化学反应和燃料燃烧化学反应的输运系数包括：
组元粘性系数μs(kg/(cm·s))，组元的粘性系数由Chapman-Enskog公式计算：
其中，σs是组元的碰撞直径,Ωμs是组元的碰撞积分，
εs为Lennard-Jones势垒深度，K为玻尔兹曼常数。
组元导热系数κs，
其中，Ms为组元的分子质量，Ru为通用气体常数，Cps为组元的定压比热容,μs为第s个组元的动力粘性系数。
组元的扩散系数，
Sc为施密特数，Xs为组元s的摩尔分数，Ys为组元s的质量分数
混合气体的粘性系数和导热系数有Wilke半经验公式计算：
其中，Φsi为配分函数，表达如下：
式中，μs为第s个组元的动力粘性系数，μi为第i个组元的动力粘性系数，Mi为第i个组元的分子质量，Ms为第s个组元的分子质量。(这个式子中没有I，那是数字1)
进一步的，第r个反应的正反应速率用Arrhenius公式表示：
Ar为指前因子，βr为温度指数，Er为活化能，Ru为通用气体常数，T为混合气体温度。化学反应分为两个部分，空气化学反应和燃烧反应，对于空气化学反应，正、逆向反应速率系数均通过反应速率参数计算；对于燃烧反应，先通过反应速率参数计算得到正反应速率系数，再通过平衡常数计算得到逆反应速率系数。
本发明中，组元定压比热容、组元焓和组元熵都通过温度多项式计算：
拟合系数a1～a7在不同的温度范围内不同，温度范围为100K～30000K，覆盖了所考虑的化学反应可能达到的所有温度值。这些拟合系数都集中人工编写在Chemkin化学反应库所需的热力学数据文件中，数据格式严格遵守Chemkin输入文件要求。拟合系数和温度范围的映射关系为：
①热力学数据文件以关键字“THERMO”开始，以关键字“END”作为结束；
②拟合系数a1～a7在不同的温度范围内不同，温度范围为100K～30000K，覆盖了所考虑的化学反应可能达到的所有温度值。在热力学数据文件中将每个组元可能达到的温度划分为n个温度范围(每个组元n值不等，n为正整数)；
③设定关键字“1”和“4”作为每个组元块的“开始识别”和“结束识别”标识，设定关键字“TEMP”作为每个组元的“温度范围划分识别”。
④具体表示为：开始识别组元s，在定义组元s的热力学拟合系数时，关键字“1”作为组元s块的第一行中最后一个字符，“1”之前包含有组元s的名字、原子组成及个数、物态、温度范围的最低温、温度范围的最高温这些物理量。第二行以“TEMP”关键字为开头，其后紧跟将组元s可能达到的温度域由低至高平均划分为n个温度范围的n+1个温度值。从再下一行开始，每7个数为一组(写成两行，第一行为a1～a5个数字，第二行为a6～a7)。拟合系数的最后一行以关键字“4”作为结尾，表示该组元块“结束识别”。
所有的化学反应分为两个部分，其一为空气化学反应，其二为燃烧反应。在本发明中有一个控制开关可以控制哪一部分作为选择。对于空气化学反应，正、逆向反应速率系数均通过反应速率参数计算；对于燃烧反应，先通过反应速率参数计算得到正反应速率系数，再通过平衡常数计算得到逆反应速率系数。
本发明的有益效果是：空气化学反应与燃料燃烧反应的组元参数可以采用相同的方法计算，本发明将这两种反应视为一个整体化学反应系统，采用统一的格式建立包含C、H、O、N等元素的气体单质、化合物和NO+、e-等离子组元的化学反应数据库，将空气化学反应与燃料燃烧反应集成为一个数值模拟模型，和独立的数值模拟模型相比，更加贴近真实情况，模拟效果好，并且运算效率更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为O2的热力学数据文件示例图；
图2为H2和H的热力学数据文件示例图；
图3为RAM-C II空气化学非平衡绕流的峰值电子数密度轴向分布图；
图4为RAM-C II空气化学非平衡绕流的主要组元浓度沿驻点线分布图；
图5为RAM-C II空气化学非平衡绕流的物面压力分布图；
图6(a)为采用Shang化学反应模型计算球头激波诱导燃烧流场得到的温度等值线图；
图6(b)为采用Moretti化学反应模型计算球头激波诱导燃烧流场得到的温度等值线图；
图6(c)为采用Drummond化学反应模型计算球头激波诱导燃烧流场得到的温度等值线图；
图7(a)为采用不同化学反应模型计算得到的对称轴上压强、温度与参考文献的对比图；
图7(b)为采用不同化学反应模型计算对称轴上组元质量分数与参考文献的对比图；
图8为喷管与RAM-C II模型的相对位置图；
图9为RAM-C II上喷管的尺寸参数；
图10(a)为RAM-C II RCS热喷干扰流动在工况1下压力与流线分布图；
图10(b)为RAM-C II RCS热喷干扰流动在工况2下压力与流线分布图；
图10(c)为RAM-C II RCS热喷干扰流动在工况3下压力与流线分布图；
图10(d)为RAM-C II RCS热喷干扰流动在工况4下压力与流线分布图；
图11(a)为RAM-C II RCS热喷干扰流动在各工况下上物面压力分布图；
图11(b)为RAM-C II RCS热喷干扰流动在各工况下下物面压力分布图；
图12为RAM-C II RCS热喷干扰流动沿喷管轴线O2浓度分布图；
图13为RAM-C II RCS热喷干扰流动沿喷管轴线C2H4浓度分布图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
内外流多组元化学反应流场一体化数值模拟模型，由外流的高温空气化学反应和内流的燃料燃烧化学反应构成。
空气化学反应和燃料燃烧化学反应的控制方程为多组元Navier-Stokes(N-S)方程组，其守恒形式表达如下：
ρ,ui,uj,p,T,k分别为混合气体的密度，i方向速度，j方向速度，压强，温度，导热系数，动力粘性系数，Ys,Ds,hs分别为组元s的质量分数、扩散系数、质量生成率和单位质量焓。混合气体的压力和单位质量总能表达如下：
Ms为组元的分子质量，Ru为通用气体常数。控制方程采用基于混合网格的有限体积法求解，空间离散采用中心格式，时间离散采用五步龙格-库塔显式时间推进方法，湍流模型采用Spalart-Allmaras(S-A)模型。
空气化学反应和燃料燃烧化学反应的输运系数包括：
组元的粘性系数μs，组元的粘性系数由Chapman-Enskog公式计算：
σs是组元的碰撞直径，Ωμs是组元的碰撞积分，其中：
组元导热系数κs由Eucken半经验公式计算：
组元的扩散系数Ds由下式计算：
Sc为施密特数，一般取0.5，Xs为组元的摩尔分数。
混合气体的粘性系数和导热系数有Wilke半经验公式计算：
Φsi为配分函数，表达如下：
对于含NS个组元和NR个反应方程的化学反应系统，空气化学反应模型和燃料燃烧化学反应模型可写为如下通式：
r＝1,2,...,NR，NJ为NS个组元与催化体个数之和。αi,r，βi,r分别为第r个反应中组元i的化学计量系数，kf,r，kb,r为正向和逆向化学反应速率系数。组元i的静质量生成率表示为：
空气化学反应和燃料燃烧反应，均采用化学动力学模型。空气化学反应模型包括：
5组元5方程：N2、O2、O、N、NO
7组元7方程：N2、O2、O、N、NO、NO+、e-
11组元26方程：N2、O2、O、N、NO、N2 +、O2 +、O+、N+、NO+、e-
燃料燃烧反应模型包括：
氢气-空气7组元7反应模型：
乙烯-空气6组元2反应模型：
空气化学反应模型和燃烧反应模型在组元类型、反应方程和反应速率上完全不同。而本发明只考虑组元参数与温度的相关性，组元定压比热容、焓和熵通过温度多项式计算即热完全气体：
拟合系数a1～a7在不同的温度范围内是不同的，整个温度范围为100K～30000K，覆盖了所考虑的化学反应可能达到的温度值。这些拟合系数都集中人工编写在Chemkin化学反应库所需的热力学数据文件中，数据格式严格遵守Chemkin输入文件要求。拟合系数和温度范围的映射关系为：
①热力学数据文件以关键字“THERMO”开始，以关键字“END”作为结束；
②拟合系数a1～a7在不同的温度范围内不同，温度范围为100K～30000K，覆盖了所考虑的化学反应可能达到的所有温度值。在热力学数据文件中将每个组元可能达到的温度划分为n个温度范围(每个组元n值不等，n为正整数)；
③设定关键字“1”和“4”作为每个组元块的“开始识别”和“结束识别”标识，设定关键字“TEMP”作为每个组元的“温度范围划分识别”。
具体表示为：如图1，图2所示为一个组元块。开始识别组元s，在定义组元s的热力学拟合系数时，关键字“1”作为组元s块的第一行中最后一个字符，“1”之前包含有组元s的名字、原子组成及个数、物态、温度范围的最低温、温度范围的最高温这些物理量。第二行以“TEMP”关键字为开头，其后紧跟将组元s可能达到的温度域由低至高平均划分为n个温度范围的n+1个温度值。从再下一行开始，每7个数为一组(写成两行，第一行为a1～a5个数字，第二行为a6～a7)。拟合系数的最后一行以关键字“4”作为结尾，表示该组元块“结束识别”。
在反应数据文件中定义了整个反应系统包含的元素、组元和反应方程式及对应的反应速率参数。以第r个反应的正向反应速率系数可用Arrhenius公式表示：
Ar,βr,Er为反应速率参数，Ar为指前因子，βr为温度指数，Er为活化能。所有的化学反应分为两个部分，其一为空气化学反应，其二为燃烧反应。对于空气化学反应，正、逆向反应速率系数均通过反应速率参数计算；对于燃烧反应，先通过反应速率参数计算得到正反应速率系数，再通过平衡常数计算得到逆反应速率系数。
实施例一
RAM-C II空气化学非平衡绕流
本发明模拟了71km高度条件下RAM-C II球锥体模型，头部半径为0.1524m，半锥角为9°，总长度为1.295m。其来流马赫数为25.9，0°攻角，温度模型为单温模型，壁面条件为Tw＝1500K的等温非催化壁。采用7组元7反应空气化学反应模型。
图3给出了峰值电子数密度沿轴向分布的计算结果，与实验值符合的较好，电离主要发生在驻点区域，在驻点附近电子数密度最高，沿轴向逐渐降低。图4给出了5种主要组元浓度沿驻点线分布的计算结果，尽管N和NO峰值有一定差距(可能是因为采用的反应速率系数计算方法不同所致)，但总体上各组元浓度的变化趋势与Candler的计算结果(CandlerGV,MacCormack RW.The computation of hypersonic ionized flows in chemical andthermal non-equilibrium.26th Aerospace Scien-ces Meeting,Reno,NV,AIAA-88-0511,1988)符合的较好；O2离解的非常快，过激波后几乎完全离解，N2只有部分发生离解；激波后气体以N2、N和O为主，NO在生成后又大量分解。图5给出了物面压力分布的计算结果，与Candler的计算结果同样符合的较好，驻点压力最高，在头部区域沿物面迅速降低，然后基本保持不变。
实施例二
球头激波诱导燃烧流场
该圆球半径为0.0075m，自由来流由H2、O2和N2组成，摩尔比为n(H2):n(O2):n(N2)＝2:1:3.76。来流条件：M∞＝4.5126，p∞＝42662Pa，T∞＝250K。实验表明，该算例情形下粘性影响很小，为了简化通常都采用Euler方程进行模拟，因此采用的控制方程为多组分Euler方程。此算例中氢氧燃烧反应化学动力学模型采用3种化学反应模型，包含Shang模型(Shang H M,Chen Y S,Paul Liaw,et al.Investigation of Chemical KineticsIntegration Algorithms for Reacting Flows[R],AIAA1995-0806,1995)、Moretti模型(Moretti G.A new technique for the numerical analysis of non-equilibriumflows[J].AIAA Journal,1965,3(2):223-229)、Drummond模型(Drummond J P,Weidner EH.Numerical study of a scramjet engine flow field[R].AIAA1981-0816,1981)。
利用不同反应模型计算得到的温度等值线如图6所示，从左至右依次为Shang模型、Moretti模型、Drummond模型，均可以清晰地看到非耦合的激波-燃烧波现象。在该算例条件下，经过激波后的混气温度不足以立马引起燃烧，经过一段诱导区后预混气体发生燃烧反应，温度随着化学反应的发生继续升高。燃烧波阵面同脱体激波的波阵面被诱导区明显分开。在诱导区内，温度几乎保持不变。头部脱体激波的位置与参考文献(LehrHF.Experiments on shock-induced combustion.AstronauticaActa,1972；17(4):589-597)吻合较好，利用Shang模型计算得到的燃烧波与参考文献(Soertrisno M,ImayST.Simulation of the flow field of a ram accelerator.AIAA 91-1915,1991)吻合最好。
计算得到的对称轴上压力、温度分布以及组分质量分数分布如图7所示。可以看到利用Shang化学动力学模型计算的优势，该模型得到的压力、温度分布及组分质量分数与文献值最为吻合。从组分质量分数分布也可以看出，在瘠薄后燃烧并没有立刻发生，而是知道燃烧阵面位置才出现有H2O，即才发生化学反应。
实施例三
RAM-C II RCS热喷干扰流动
图8(图中单位为mm)给出了喷管与模型的相对位置，图9(图中单位为mm)给出了喷管尺寸参数。模拟飞行高度71km，空气来流马赫数25.9，迎角0°；燃气喷流有质量分数80％的C2H4和20％的O2组成，喷流马赫数1.0，静压1500Pa，静温1500K；温度模型为单温模型，壁面条件为Tw＝1500K的等温非催化壁。为研究化学反应效应的特性，对4种工况进行了数值计算。
工况1：无化学反应；
工况2：只有空气化学反应；
工况3：只有RCS燃烧反应；
工况4：空气化学反应与燃烧反应。
空气化学反应采用7组元7反应模型，燃烧反应采用Movik模型。
图10给出了不同工况压力及流线分布的计算结果，可以看出采用不同化学反应计算得到的流场结构是相似的：钝体头部区域形成弓形激波，因喷/主流干扰在喷口前形成一道分离激波，由于激波/附面层干扰在喷口前形成分离区，喷口后形成再附区，钝体底部存在回流区；空气化学反应覆盖全流场，为全局反应，燃烧反应从喷口区域开始，为局部反应。表1给出了弓形激波脱体距离和波后与波前压力比。
表1激波脱体距离与压力比
结果表明：
1)有空气反应时，激波脱体距离和压力比均小于无空气反应的工况；
2)有燃烧反应和无燃烧反应的工况相比，激波脱体距离和压力比基本相同。
在本算例条件下，燃烧效应对流场结构没有影响，空气化学非平衡效应会减小头激波的脱体距离，减弱激波强度。
图11给出了上、下物面压力分布的计算结果，左图为上表面压力分布，右为下表面压力分布。4种工况压力分布曲线的变化趋势一致，由于喷/主流干扰，上物面喷口附近形成喷流前高压、喷流后低压的典型压力分布特征，下物面驻点压力最高，在头部区域沿物面迅速降低，然后基本保持不变。表2给出了4种工况的升阻力和俯仰力矩系数，与阻力系数相比，升力和俯仰力矩系数均为小值。
表2升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数
结果表明：
1)无空气反应时，在x＝0～0.35m范围内，物面压力高于有空气反应的工况，阻力系数比有空气化学反应工况大6.5％；
2)有燃烧反应和无燃烧反应的工况相比，物面压力分布曲线重合，阻力系数基本相同。
在本算例条件下，燃烧效应对物面压力分布和阻力系数没有影响，空气化学非平衡效应会降低局部物面压力，减小阻力。
有燃烧反应时，流场中燃烧反应生成物CO、CO2和H2O浓度极低，量级均在10-11左右，说明燃烧反应基本没有发生。图12、图13分别给出了沿喷管轴线O2和C2H4浓度分布的计算结果。结果表明：
1)无空气反应时，O2浓度从喷口处的20％上升到来流值23.46％；有空气反应时，因O2的离解，O2浓度从20％下降到0％；
2)有/无空气反应时，C2H4浓度变化趋势相同，均从喷口处的80％经喷流上边界下降到0％；但无空气反应时，C2H4浓度比有空气反应的工况提前下降。
在本实施例中，空气化学非平衡效应会扩大燃气喷流的上边界，增加喷流穿透高度。
本发明的有益效果是：空气化学反应与燃料燃烧反应的组元参数可以采用相同的方法计算，本发明将这两种反应视为一个整体化学反应系统，采用统一的格式建立包含C、H、O、N等元素的气体单质、化合物和NO+、e-等离子组元的化学反应数据库，将空气化学反应与燃料燃烧反应集成为一个数值模拟模型，和独立的数值模拟模型相比，更加贴近真实情况，模拟效果好，并且运算效率更高。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.内外流多组元化学反应流场一体化数值模拟模型，其特征在于，由外流的高温空气化学反应和内流的燃料燃烧化学反应构成。
2.根据权利要求1所述的内外流多组元化学反应流场一体化数值模拟模型，其特征在于，所述空气化学反应模型和所述燃料燃烧化学反应的通式为：
其中，r＝1,2,...,NR，NS为组元个数，NR为反应方程式个数，NJ为NS个组元与催化体个数之和，αi,r，βi,r为第r个反应中组元i的化学计量系数，kf,r为正向化学反应速率系数，kb,r为逆向化学反应速率系数，Xi为组元成分或催化体，以单位体积的摩尔数表示；
每单位体积中第i个组元的净质量生成速率为：
<mrow> <msub> <mover> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>M</mi> <mi>i</mi> </msub> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>r</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>N</mi> <mi>R</mi> </mrow> </munderover> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;beta;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>r</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>r</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mi>f</mi> <mo>,</mo> <mi>r</mi> </mrow> </msub> <munderover> <mo>&amp;Pi;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>N</mi> <mi>J</mi> </mrow> </munderover> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>&amp;gamma;</mi> <mi>j</mi> </msub> <mi>&amp;rho;</mi> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mo>,</mo> <mi>r</mi> </mrow> </msub> </msup> <mo>-</mo> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mi>b</mi> <mo>,</mo> <mi>r</mi> </mrow> </msub> <munderover> <mo>&amp;Pi;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>N</mi> <mi>J</mi> </mrow> </munderover> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>&amp;gamma;</mi> <mi>j</mi> </msub> <mi>&amp;rho;</mi> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>&amp;beta;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mo>,</mo> <mi>r</mi> </mrow> </msub> </msup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>16</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
Mi为组元i的分子量，ρ是混合气体密度。
3.根据权利要求2所述的内外流多组元化学反应流场一体化数值模拟模型，其特征在于，所述高温空气化学反应模型包括：
5组元5方程：
7组元7方程：
11组元26方程：
4.根据权利要求2所述的内外流多组元化学反应流场一体化数值模拟模型，其特征在于，所述燃料燃烧化学反应模型包括：
氢气-空气7组元7反应模型：
乙烯-空气6组元2反应模型：
5.根据权利要求2所述的内外流多组元化学反应流场一体化数值模拟模型，其特征在于，所述空气化学反应和所诉燃料燃烧化学反应控制方程的守恒形式表达如下：
<mrow> <mfrac> <mo>&amp;part;</mo> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;rho;Y</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mfrac> <mo>&amp;part;</mo> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;rho;Y</mi> <mi>s</mi> </msub> <msub> <mi>u</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mo>&amp;part;</mo> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;rho;D</mi> <mi>s</mi> </msub> <mfrac> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <msub> <mi>Y</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <msub> <mover> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mi>s</mi> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
<mrow> <mfrac> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <mi>&amp;rho;</mi> </mrow> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mo>&amp;part;</mo> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;rho;u</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
<mrow> <mfrac> <mo>&amp;part;</mo> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;rho;u</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mfrac> <mo>&amp;part;</mo> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;rho;u</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>u</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>&amp;delta;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mi>p</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <msub> <mi>&amp;tau;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
<mrow> <mfrac> <mo>&amp;part;</mo> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;rho;</mi> <mi>E</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mfrac> <mo>&amp;part;</mo> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;rho;Hu</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mo>&amp;part;</mo> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;tau;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>u</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>+</mo> <mi>k</mi> <mfrac> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <mi>T</mi> </mrow> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <munderover> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>n</mi> <mi>s</mi> </mrow> </munderover> <msub> <mi>&amp;rho;D</mi> <mi>s</mi> </msub> <msub> <mi>h</mi> <mi>s</mi> </msub> <mfrac> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <msub> <mi>Y</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
<mrow> <msub> <mi>&amp;tau;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mi>&amp;mu;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <msub> <mi>u</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <msub> <mi>u</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>2</mn> <mn>3</mn> </mfrac> <mi>&amp;mu;</mi> <mfrac> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <msub> <mi>u</mi> <mi>k</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mo>&amp;part;</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>k</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <msub> <mi>&amp;delta;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
ρ,ui,uj,p,T,k分别为混合气体密度，混合气体i方向的速度，混合气体j方向的速度，混合气体压强，混合气体温度，混合气体导热系数，混合气体动力粘性系数，Ys,Ds,hs分别为组元s的质量分数、扩散系数、质量生成率和单位质量焓，δij为Kronecker符号，当i＝j时值为1，当i≠j时值为0。τij为在与i轴垂直的平面内，j方向的剪切应力；μ为混合气体动力粘性系数。H、E分别表示混合气体单位质量总能和总焓；
所述混合气体的压力为：
<mrow> <mi>p</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>s</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>n</mi> <mi>s</mi> </mrow> </munderover> <msub> <mi>&amp;rho;</mi> <mi>s</mi> </msub> <mfrac> <msub> <mi>R</mi> <mi>u</mi> </msub> <msub> <mi>M</mi> <mi>s</mi> </msub> </mfrac> <mi>T</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
T仍为混合气体的温度。
所述混合气体的单位质量总能为：
<mrow> <mi>E</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>n</mi> <mi>s</mi> </mrow> </munderover> <msub> <mi>Y</mi> <mi>s</mi> </msub> <msub> <mi>h</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mi>u</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mi>v</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mi>w</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mi>p</mi> <mi>&amp;rho;</mi> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>7</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
Ms为组元s的分子质量，Ru为通用气体常数，ρs为组元s的密度，u、v、w分别表示混合气体三个方向分速度。
6.根据权利要求2所述的内外流多组元化学反应流场一体化数值模拟模型，其特征在于，所述空气化学反应和所述燃料燃烧化学反应的输运系数包括：
组元粘性系数μs:
<mrow> <msub> <mi>&amp;mu;</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>=</mo> <mn>2.6693</mn> <mo>&amp;times;</mo> <msup> <mn>10</mn> <mrow> <mo>-</mo> <mn>6</mn> </mrow> </msup> <mfrac> <msqrt> <mrow> <msub> <mi>M</mi> <mi>s</mi> </msub> <mi>T</mi> </mrow> </msqrt> <mrow> <msubsup> <mi>&amp;sigma;</mi> <mi>s</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <msub> <mi>&amp;Omega;</mi> <mrow> <mi>&amp;mu;</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>8</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，σs是组元的碰撞直径,Ωμs是组元的碰撞积分，T为混合气体温度，
<mrow> <msub> <mi>&amp;Omega;</mi> <mrow> <mi>&amp;mu;</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mn>1.147</mn> <mo>&amp;times;</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>T</mi> <mo>/</mo> <mfrac> <msub> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mi>s</mi> </msub> <mi>K</mi> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>0.145</mn> </mrow> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>T</mi> <mo>/</mo> <mfrac> <msub> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mi>s</mi> </msub> <mi>K</mi> </mfrac> <mo>+</mo> <mn>0.5</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>2.0</mn> </mrow> </msup> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>9</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
εs为Lennard-Jones势垒深度，K为玻尔兹曼常数。
组元导热系数κs，
<mrow> <msub> <mi>&amp;kappa;</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;mu;</mi> <mi>s</mi> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mi>u</mi> </msub> </mrow> <msub> <mi>M</mi> <mi>s</mi> </msub> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> <mfrac> <msub> <mi>M</mi> <mi>s</mi> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mi>u</mi> </msub> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>5</mn> <mn>4</mn> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>10</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，Ms为组元s的分子质量，Ru为通用气体常数，Cps为组元s的定压比热容,μs为组元s的动力粘性系数。
组元的扩散系数Ds，
<mrow> <msub> <mi>D</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub> <mi>Y</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub> <mi>X</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mfrac> <mi>&amp;mu;</mi> <mrow> <mi>&amp;rho;</mi> <mi>S</mi> <mi>c</mi> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>11</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
Sc为施密特数，Xs为组元s的摩尔分数，Ys为组元s的质量分数。
混合气体的层流粘性系数和层流导热系数有Wilke半经验公式计算：
<mrow> <mi>&amp;mu;</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>s</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>n</mi> <mi>s</mi> </mrow> </munderover> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;mu;</mi> <mi>s</mi> </msub> <msub> <mi>X</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> <mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>n</mi> <mi>s</mi> </mrow> </munderover> <msub> <mi>&amp;Phi;</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>X</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>12</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
<mrow> <mi>&amp;kappa;</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>s</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>n</mi> <mi>s</mi> </mrow> </munderover> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;kappa;</mi> <mi>s</mi> </msub> <msub> <mi>X</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> <mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>n</mi> <mi>s</mi> </mrow> </munderover> <msub> <mi>&amp;Phi;</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>X</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>13</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，Φsi为配分函数，表达如下：
<mrow> <msub> <mi>&amp;Phi;</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msup> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>&amp;mu;</mi> <mi>s</mi> </msub> <msub> <mi>&amp;mu;</mi> <mi>i</mi> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <mn>2</mn> </mrow> </msup> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>M</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>M</mi> <mi>s</mi> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <mn>4</mn> </mrow> </msup> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <msup> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msqrt> <mn>8</mn> </msqrt> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>M</mi> <mi>s</mi> </msub> <msub> <mi>M</mi> <mi>i</mi> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <mn>2</mn> </mrow> </msup> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>14</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中，μs为第s个组元的动力粘性系数，μi为第i个组元的动力粘性系数，Mi为第i个组元的分子质量，Ms为第s个组元的分子质量。
7.根据权利要求2所述的内外流多组元化学反应流场一体化数值模拟模型，其特征在于，第r个反应的正反应速率为：
<mrow> <msub> <mi>k</mi> <mrow> <mi>f</mi> <mo>,</mo> <mi>r</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>A</mi> <mi>r</mi> </msub> <msup> <mi>T</mi> <msub> <mi>&amp;beta;</mi> <mi>r</mi> </msub> </msup> <mi>exp</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>E</mi> <mi>r</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>R</mi> <mi>u</mi> </msub> <mi>T</mi> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>20</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
Ar为指前因子，βr为温度指数，Er为活化能，Ru为通用气体常数，T为混合气体温度。
8.根据权利要求2所述的内外流多组元化学反应流场一体化数值模拟模型，其特征在于，组元s的定压比热容Cps、组元焓hs和组元熵Ss都通过温度多项式计算：
<mrow> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>R</mi> <mi>u</mi> </msub> <msub> <mi>M</mi> <mi>s</mi> </msub> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>2</mn> </msub> <mi>T</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>3</mn> </msub> <msup> <mi>T</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>4</mn> </msub> <msup> <mi>T</mi> <mn>3</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>5</mn> </msub> <msup> <mi>T</mi> <mn>4</mn> </msup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>17</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
<mrow> <msub> <mi>h</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>R</mi> <mi>u</mi> </msub> <msub> <mi>M</mi> <mi>s</mi> </msub> </mfrac> <mi>T</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>a</mi> <mn>2</mn> </msub> <mn>2</mn> </mfrac> <mi>T</mi> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>a</mi> <mn>3</mn> </msub> <mn>3</mn> </mfrac> <msup> <mi>T</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>a</mi> <mn>4</mn> </msub> <mn>4</mn> </mfrac> <msup> <mi>T</mi> <mn>3</mn> </msup> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>a</mi> <mn>5</mn> </msub> <mn>5</mn> </mfrac> <msup> <mi>T</mi> <mn>4</mn> </msup> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>a</mi> <mn>6</mn> </msub> <mi>T</mi> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>18</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
<mrow> <msub> <mi>S</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>R</mi> <mi>u</mi> </msub> <msub> <mi>M</mi> <mi>s</mi> </msub> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>1</mn> </msub> <mi>ln</mi> <mi> </mi> <mi>T</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>2</mn> </msub> <mi>T</mi> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>a</mi> <mn>3</mn> </msub> <mn>2</mn> </mfrac> <msup> <mi>T</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>a</mi> <mn>4</mn> </msub> <mn>3</mn> </mfrac> <msup> <mi>T</mi> <mn>3</mn> </msup> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>a</mi> <mn>5</mn> </msub> <mn>4</mn> </mfrac> <msup> <mi>T</mi> <mn>4</mn> </msup> <mo>+</mo> <msub> <mi>a</mi> <mn>7</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>19</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，T为混合气体的密度，a1～a7为拟合系数，组元s可能达到的温度包括n个温度范围，n为正整数。
9.根据权利要求8所述的内外流多组元化学反应流场一体化数值模拟模型，其特征在于，所述温度范围所覆盖的温度域为100K～30000K。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109657401A (zh) * 2019-01-03 2019-04-19 北京动力机械研究所 一种固体燃料冲压发动机燃烧流场数值仿真方法
CN110057536A (zh) * 2019-04-12 2019-07-26 北京空天技术研究所 发动机燃烧条件下的吸气式飞行器内外流耦合模拟方法
CN110289053A (zh) * 2019-06-26 2019-09-27 中国人民解放军陆军装甲兵学院 发射药燃烧产生等离子体规律研究方法
CN110399674A (zh) * 2019-07-22 2019-11-01 中国空气动力研究与发展中心 一种用于计算能量注入高速流场的处理系统及方法
CN110425572A (zh) * 2019-07-23 2019-11-08 哈尔滨工业大学 用于超声速飞行器冲压发动机的多孔单柱状燃料供给结构
CN110727906A (zh) * 2019-09-02 2020-01-24 中国地质大学（武汉） 基于多组分热解气体的固体可燃物燃烧特性求解方法
CN114186330A (zh) * 2021-11-04 2022-03-15 北京机电工程研究所 高速流场环境下轴类结构温度估算方法
CN115312139A (zh) * 2022-09-23 2022-11-08 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 一种高超声速流动化学反应模型数据的存取与转换方法
CN117711511A (zh) * 2024-02-04 2024-03-15 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 火星气体有限速率化学反应模型构建方法及模型数据系统

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109657401A (zh) * 2019-01-03 2019-04-19 北京动力机械研究所 一种固体燃料冲压发动机燃烧流场数值仿真方法
CN109657401B (zh) * 2019-01-03 2022-12-23 北京动力机械研究所 一种固体燃料冲压发动机燃烧流场数值仿真方法
CN110057536A (zh) * 2019-04-12 2019-07-26 北京空天技术研究所 发动机燃烧条件下的吸气式飞行器内外流耦合模拟方法
CN110289053A (zh) * 2019-06-26 2019-09-27 中国人民解放军陆军装甲兵学院 发射药燃烧产生等离子体规律研究方法
CN110399674A (zh) * 2019-07-22 2019-11-01 中国空气动力研究与发展中心 一种用于计算能量注入高速流场的处理系统及方法
CN110399674B (zh) * 2019-07-22 2022-10-28 中国空气动力研究与发展中心 一种用于计算能量注入高速流场的处理系统及方法
CN110425572B (zh) * 2019-07-23 2021-02-19 哈尔滨工业大学 用于超声速飞行器冲压发动机的多孔单柱状燃料供给结构
CN110425572A (zh) * 2019-07-23 2019-11-08 哈尔滨工业大学 用于超声速飞行器冲压发动机的多孔单柱状燃料供给结构
CN110727906A (zh) * 2019-09-02 2020-01-24 中国地质大学（武汉） 基于多组分热解气体的固体可燃物燃烧特性求解方法
CN110727906B (zh) * 2019-09-02 2023-08-29 中国地质大学（武汉） 基于多组分热解气体的固体可燃物燃烧特性求解方法
CN114186330A (zh) * 2021-11-04 2022-03-15 北京机电工程研究所 高速流场环境下轴类结构温度估算方法
CN115312139A (zh) * 2022-09-23 2022-11-08 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 一种高超声速流动化学反应模型数据的存取与转换方法
CN117711511A (zh) * 2024-02-04 2024-03-15 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 火星气体有限速率化学反应模型构建方法及模型数据系统
CN117711511B (zh) * 2024-02-04 2024-05-17 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 火星气体有限速率化学反应模型构建方法及模型数据系统

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