CN111222241B - 热化学非平衡条件下流场数据的数值计算方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种热化学非平衡条件下流场数据的数值计算方法和装置。所述方法包括：选择化学反应模型，化学反应模型中的气体包括空气中的各个组分；根据化学反应模型，构建基于纳维叶－斯托克斯方程的热化学非平衡控制方程，根据预先获取的网格数据对热化学平衡控制方程进行离散化，根据网格数据中预先选取网格节点的压力值，构建压力修正项，根据压力修正项，对热化学非平衡通量格式进行修正，得到压力修正热化学非平衡通量格式，根据压力修正热化学非平衡通量格式对离散的控制方程进行迭代求解，获取流动区域中的流场模拟数据。采用本方法能够在热化学非平衡流体中准确、可靠的获取流场模拟数据。

Description

热化学非平衡条件下流场数据的数值计算方法和装置

技术领域

本申请涉及计算流体力学技术领域，特别是涉及一种热化学非平衡条件下流场数据的数值计算方法和装置。

背景技术

量热完全气体假设被广泛应用于空气动力学的研究中，在这个假设中，气体中只有平动能和转动能处于完全激发状态，并且两者可以迅速达到平衡，气体的内能与温度成线性关系。而当飞行器进行高超声速飞行时，会在钝头体前形成一个很强的弓形激波，气体通过激波时会被加热到很高的温度，随着温度的升高，气体分子中的振动能和电子能被激发，而振动能和电子势能达到平衡的时间要远远长于流体微团在流场中的滞流时间，因此不同的能量模式同时存在于气体之中，气体的内能不能再用单一的温度线性表示，使得量热完全气体假设失效，这时的气体处于一个热力学非平衡的状态。伴随着气体温度的升高，气体分子会发生离解甚至是电离，空气必须被认为是由分子、原子、离子和电子组成的化学气体混合物，当化学反应达到平衡所需的特征时间与流体微团流动的特征时间相比拟时，流体微团是沿着流线一边流动一边反应，微团内的化学成分沿着流线变化，但又不能达到平衡状态，这种现象被称为化学非平衡现象。由高超声速飞行引起的热力学非平衡与化学非平衡被统称为热化学非平衡。

由高超声速飞行带来的高温环境引起的热化学非平衡效应，不仅会影响飞行器的气动特性，还会使飞行器的表面受到严重的气动加热，影响飞行器的设计。并且由于电离产生的等离子体会包覆在飞行器的表面，严重影响电磁波信号的传输。因此对高超声速飞行时流场电子数密度分布以及流场详细参数的精确预测是高超声速气动热研究中的重要内容。由于在地面试验设备中模拟这样复杂的效应存在着很大的困难，因此借助于数值模拟成为一条有效的途径。

目前对于热化学非平衡流动数值模拟中无粘通量的计算大多采用的是传统的激波捕捉格式，因此无法准确、可靠地获取非平衡条件下的流场数据。

发明内容

基于此，有必要针对传统激波捕捉方法无法准确、可靠的获取非平衡条件下的流场数据的技术问题，提供一种热化学非平衡条件下流场数据的数值计算方法和装置。

一种热化学非平衡条件下流场数据的数值计算方法，所述方法包括：

选择化学反应模型；所述化学反应模型包括：组分的构成与组分之间发生的反应；

根据所述化学反应模型，构建基于纳维叶－斯托克斯方程的热化学非平衡控制方程；

根据预先获取的网格数据对所述热化学平衡控制方程进行离散化，得到离散的控制方程；所述网格数据包括：网格的形状以及网格节点的位置；

根据所述网格数据中预先选取网格节点的压力值，构建压力修正项；

根据所述压力修正项，对热化学非平衡通量格式进行修正，得到压力修正热化学非平衡通量格式；

根据所述压力修正热化学非平衡通量格式对所述离散的控制方程进行迭代求解，获取流动区域中的流场模拟数据。

在其中一个实施例中，还包括：根据所述网格中预先选取点对应的压力值，得到压力权函数；根据所述压力权函数、间断左右侧的声波值、间断左右侧的流体密度差、间断左右侧的压力差、垂直于所述网格的速度分量、比热比、振动能以及所述化学反应模型中各个组分的密度，得到压力修正项。

在其中一个实施例中，还包括：根据所述网格数据，确定左右侧网格界面处的物理数据；所述物理数据包括：间断两侧速度分量和声速；确定所述取间断两侧速度分量平方和的算术平方根与对应声速比值的最大值作为网格界面处的当地马赫数；根据所述当地马赫数，建立权函数；所述权函数用于从所述当地马赫数和1中选择较小的作为权值；根据所述权函数，构建低马赫修正项；其中，所述权函数趋近于0时，所述低马赫修正项激活，所述权函数趋近于1时，所述低马赫修正项失效；根据所述低马赫修正项和压力修正项，对所述压力修正热化学非平衡通量格式进行修正，得到低马赫-压力修正热化学非平衡通量格式。

在其中一个实施例中，还包括：选择5组分17反应的Gupta化学反应模型对组分构成以及组分之间的反应进行模拟。

在其中一个实施例中，还包括：根据纳维叶－斯托克斯方程以及所述化学反应模型，构建多组分、双温模型的热化学非平衡控制方程。

在其中一个实施例中，还包括：将所述压力修正热化学非平衡通量格式代入所述纳维叶－斯托克斯方程进行迭代计算，获取流动区域中的流场模拟数据。

一种热化学非平衡条件下流场数据的数值计算装置，所述装置包括：

模型选择模块，用于选择化学反应模型；所述化学反应模型包括：组分的构成与组分之间发生的反应；

离散模块，用于根据所述化学反应模型，构建基于纳维叶－斯托克斯方程的热化学非平衡控制方程；根据预先获取的网格数据对所述热化学平衡控制方程进行离散化，得到离散的控制方程；所述网格数据包括：网格的形状以及网格节点的位置；

压力修正模块，用于根据所述网格数据中预先选取网格节点的压力值，构建压力修正项；根据所述压力修正项，对所述热化学非平衡通量格式进行修正，得到压力修正热化学非平衡通量格式；

数据获取模块，用于根据所述压力修正热化学非平衡通量格式对所述离散的控制方程进行迭代求解，获取流动区域中的流场模拟数据。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

选择化学反应模型；所述化学反应模型包括：组分的构成与组分之间发生的反应；

根据所述化学反应模型，构建基于纳维叶－斯托克斯方程的热化学非平衡控制方程；

根据预先获取的网格数据对所述热化学平衡控制方程进行离散化，得到离散的控制方程；所述网格数据包括：网格的形状以及网格节点的位置；

根据所述网格数据中预先选取网格节点的压力值，构建压力修正项；

根据所述压力修正项，对热化学非平衡通量格式进行修正，得到压力修正热化学非平衡通量格式；

根据所述压力修正热化学非平衡通量格式对所述离散的控制方程进行迭代求解，获取流动区域中的流场模拟数据。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

选择化学反应模型；所述化学反应模型包括：组分的构成与组分之间发生的反应；

根据所述化学反应模型，构建基于纳维叶－斯托克斯方程的热化学非平衡控制方程；

根据预先获取的网格数据对所述热化学平衡控制方程进行离散化，得到离散的控制方程；所述网格数据包括：网格的形状以及网格节点的位置；

根据所述网格数据中预先选取网格节点的压力值，构建压力修正项；

根据所述压力修正项，对热化学非平衡通量格式进行修正，得到压力修正热化学非平衡通量格式；

根据所述压力修正热化学非平衡通量格式对所述离散的控制方程进行迭代求解，获取流动区域中的流场模拟数据。

上述热化学非平衡条件下流场数据的数值计算方法、装置、计算机设备和存储介质，通过化学反应模型，模拟流动区域的组分以及组分之间发生的化学反应情况，然后根据纳维叶－斯托克斯，可以构建热化学非平衡控制方程，至此，得到离散的控制方程，采用压力修正项对通量计算格式进行修正的方式，对热化学非平衡通量格式进行修正，得到压力修正热化学非平衡通量格式，从而利用压力修正热化学非平衡通量格式对离散的控制方程进行迭代求解，可以获取非化学非平衡条件下的流场数据，从而可以准确、可靠的获取热化学非平衡条件下的流场数据。

附图说明

图1为一个实施例中热化学非平衡条件下流场数据的数值计算方法的流程示意图；

图2为一个实施例压力点选取的示意图；

图3为一个实施例中网格划分的示意图；

图4为一个实施例中钝锥头部压力示意图；

图5为一个实施例中钝锥头部温度T和振动温度Tv分布图；

图6为一个实施例中热化学非平衡条件下流场数据的数值计算装置的结构框图；

图7为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种热化学非平衡条件下流场数据的数值计算方法，以该方法应用于终端为例进行说明，包括以下步骤：

步骤102，选择化学反应模型。

化学反应模型中的气体包括空气中的各个组分，如：N2，O2，NO，N和O等，通过选择化学反应模型，可以在热化学非平衡状态下空气中发生的反应情况。

步骤104，根据化学反应模型，构建基于纳维叶－斯托克斯方程的热化学非平衡控制方程。

由于确定了化学反应模型，即可以确定化学反应源、无粘通量、粘性通量以及守恒变量，因此基于纳维叶－斯托克斯方程，可以构建热化学非平衡控制方程。

步骤106，根据预先获取的网格数据对热化学平衡控制方程进行离散化，得到离散的控制方程。

网格数据包括：网格的形状以及网格节点的位置

步骤108，根据网格数据中预先选取网格节点的压力值，构建压力修正项。

步骤110，根据压力修正项，对热化学非平衡通量格式进行修正，得到压力修正热化学非平衡通量格式。

步骤112，根据压力修正热化学非平衡压力格式对离散的控制方程进行迭代求解，获取流动区域中的流场模拟数据。

上述热化学非平衡条件下流场数据的数值计算方法中，通过化学反应模型，模拟流动区域的组分以及组分之间发生的化学反应情况，然后根据纳维叶－斯托克斯，可以构建热化学非平衡控制方程，至此，得到离散的控制方程，采用压力修正项对通量计算格式进行修正的方式，对热化学非平衡通量格式进行修正，得到压力修正热化学非平衡通量格式，从而利用压力修正热化学非平衡通量格式对离散的控制方程进行迭代求解，可以获取非化学非平衡条件下的流场数据，从而可以准确、可靠的获取热化学非平衡条件下的流场数据。

在其中一个实施例中，化学反应模型的构建过程包括：选择5组分17反应的Gupta化学反应模型对组分构成以及组分之间的反应进行模拟具体的，五组分分别为：N₂、O₂、NO、N和O。

在其中一个实施例中，构建热化学非平衡控制方程的步骤包括：根据纳维叶－斯托克斯方程以及化学反应模型，构建多组分、双温模型的热化学非平衡控制方程。

具体的，热化学非平衡控制方程的数学形式如下：

其中，F＝(F_x+F_y+F_z)，F_v＝(F_vx+F_vy+F_vz)分别为x，y,z方向的无粘通量和粘性通量，Q是守恒变量，s是化学反应源项，具体表达式如下：

其中，F_y、F_z与F_x的形式相同，区别在于对应于y方向和z方向，F_vy和F_vz与F_vx形式相同，区别在于对应于y方向和z方向。ρ_ns和Y_ns分别表示各个组分的密度和质量分数(ns表示N₂、O₂、NO、N和O中的任一组分)，ρ代表气体的总密度；u，v，w分别表示x，y,z方向的速度；p、E、e_v和H分别表示气体的压力、总能、振动能和总焓；q_xns为组分ns在x方向上的扩散量；q_x和q_vx分别表示平动-转动热流和振动热流在x方向上的分量；τ_xx、τ_xy和τ_xz是通过Stokes假说定义的粘性应力；D_nsm、h_ns为组分ns的扩散系数和单位质量绝对焓；ω_ns、ω_v分别为组分ns质量生成率以及振动能量源项；表示仅对分子组分求和(原子组分没有振动能)。

在其中一个实施例中，得到网格数据的步骤包括：利用结构网格对计算区域进行离散，二维网格为四边形，三维网格为六面体。

在一个实施例中，根据预先获取的网格数据对热化学平衡控制方程进行离散化，得到离散的控制方程，利用数值格式对离散的控制方程进行迭代求解，包括：利用原始HLLC格式对热化学非平衡流动控制方程中的无粘通量进行离散，得到HLLC格式中各个参数的定义，具体如下：

声速的Roe平均量被重新定义为：

其中，γ、c_v、T和e₀分别表示比热比、恒容热容、温度和零点能，符号“^”代表各物理量的Roe平均值。可以通过/>得到，其中/> R为普适气体常数。定义一个常量/>下标“L”和“R”表示间断左右两侧的状态量。

振动能e_v的Roe平均值定义为：

其中，ρ_mol为双原子分子的密度。

各组分密度的Roe平均值通过计算得到。

绝对焓、速度分量、温度、零点能的Roe平均值可以通过公式计算得到，其中X代表h、u、v、w、T和e_0ns中的任一变量。

在一个实施例中，进行低马赫修正的步骤包括：根据网格数据，确定

左右侧网格界面处的物理数据，物理数据包括：间断两侧速度分量和声速；确定取间断两侧速度分量平方和的算术平方根与对应声速比值的最大值作为网格界面处的当地马赫数，根据当地来马赫数，建立权函数；权函数用于从所述当地来马赫数和1中选择较小的作为权值，根据权函数，构建低马赫修正项，其中，权函数趋近于0时，低马赫修正项激活，权函数趋近于1时，低马赫修正项失效，根据低马赫修正项和压力修正项，对压力修正热化学非平衡通量格式进行修正，得到低马赫-压力修正热化学非平衡通量格式。

具体的，低马赫修正项表达式如下：

其中，q＝(u,v,w)·n表示在法向n＝(n_x,n_y,n_z)上速度的分量。可以通过求得，其中权函数θ要通过θ＝min[Ma_L,R,1]定义，Ma_L,R为计算网格界面处的当地马赫数。Ma_L,R可以通过/>计算得到。上标“*”表示中间状态量，其求法与量热完全气体条件下原始HLLC格式中间状态量的求法相同。

在热化学非平衡流动靠近边界层的流动区域，气体流动的速度很小，其当地马赫数接近于0，此时权函数θ趋近于0，使原始的中间状态压力项p^*失效，修正项激活；当流体的当地马赫数接近1时，修正项退化为原始的中间状态量，达到对低马赫流域修正的目的。

在一个实施例中，压力修正的步骤包括：根据网格数据中预先选取的网格节点对应的压力值，得到压力权函数，根据压力权函数、间断左右侧的声波值、间断左右侧的流体密度差、间断左右侧的压力差、垂直于网格的速度分量、比热比、振动能以及化学反应模型中各个组分的密度，得到压力修正项。

具体的，压力修正项的表达式为：

其中，Ma为当地马赫数，Δp＝p_R-p_L为间断两侧的压力差，S_L和S_R是间断两侧的声波。f是一个压力权函数，可以通过下面的表达式求解：

f＝min(f_p,i,j+1/2,k,f_p,i,j-1/2,k,f_p,i-1/2,j,k,f_p,i+1/2,j,k,f_{p,i,j+1/2,k-1},f_{p,i,j-1/2,k-1},f_{p,i-1/2,j,k-1},f_{p,i+1/2,j,k-1},f_p,i,j,k-1/2)³,

其中，“i”，“j”，“k”分别代表三维结构网格的i、j、k三个方向。以f_p,i,j+1/2,k为例对压力权函数f的定义做进一步解释，(i,j+1/2,k)是k平面上控制体(i,j,k)和(i,j+1,k)之间的界面坐标，如图2(a)所示，f_p,i,j+1/2,k＝min(p_i,j+1,k/p_i,j,k,p_i,j,k/p_i,j+1,k)，即f_p,i,j+1/2,k表示(i,j+1/2,k)两侧控制体压力比的最小值。同理，f_p,i,j,k-1/2表示(i,j,k-1)和(i,j,k)两个控制体内压力比的最小值，如图2(b)所示。

在热化学非平衡流动的数值模拟中，靠近激波附近的网格界面两侧的压力差增大，压力权函数f减小，这时压力修正项F_p被激活，使格式的激波稳定性得到增强；在远离激波的平滑区域，函数f趋近于1，这时压力修正项消失，通量函数转变为原始形式，达到消除激波不稳定的目的。

在其中一个实施例中，将马赫修正热化学非平衡通量格式代入纳维叶－斯托克斯方程进行迭代计算，得到流动区域的流场中的激波。

具体的，将马赫修正热化学非平衡通量格式代入热化学非平衡控制方程中，进行迭代计算，当计算的结果满足收敛准则时，认为计算已收敛，可以进行后处理，对计算结果进行分析；反之，当不满足收敛准则时，还需要进一步迭代。

本发明的上述实施例可以用在飞行器设计技术中，在进行飞行器设计时，需要考虑飞行器机翼、机头以及其他部位的流场，从而计算该飞行器外形是否满足飞行时所需的升力要求，以下以飞行器的一个典型部位的流场数据获取进行具体说明。

首先需要在软件中构建该典型部位的三维模型作为模拟对象，然后采用本发明上述实施例中的方法，进行流场数据的获取。

以ELECTRE钝锥算例为例，对所提出的热化学非平衡流动数值计算方法进行验证。ELECTRE钝锥头部半径为0.175m，半锥角为4.6度，总成2m，飞行速度13马赫，壁面温度343K，飞行高度为53.3km。对计算区域进行网格划分，如图3所示。

得到的计算结果如图4、图5所示。从图4的压力流线图可以看到，HLLC格式计算得到的热化学非平衡流场出现了“痈”现象，而本发明提出的修正格式避免了激波不稳定现象的出现。从图5钝锥头部的温度和振动温度分布可以看出，本发明所提出的流场数据计算方法可以更准确地求解热化学非平衡流场。

应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，如图6所示，提供了一种热化学非平衡条件下流场数据的数值计算装置，包括：模型选择模块602、离散模块604、压力修正模块606和数据获取模块608，其中：

模型选择模块602，用于选择化学反应模型；所述化学反应模型包括：组分的构成与组分之间发生的反应；

离散模块604，用于根据所述化学反应模型，构建基于纳维叶－斯托克斯方程的热化学非平衡控制方程；根据预先获取的网格数据对所述热化学平衡控制方程进行离散化，得到离散的控制方程；所述网格数据包括：网格的形状以及网格节点的位置；

压力修正模块606，用于根据所述网格数据中预先选取网格节点的压力值，构建压力修正项；根据所述压力修正项，对所述热化学非平衡通量格式进行修正，得到压力修正热化学非平衡通量格式；

数据获取模块608，用于根据所述压力修正热化学非平衡压力格式对所述离散的控制方程进行迭代求解，获取流动区域中的流场模拟数据。

在一个实施例中，压力修正模块606还用于根据所述网格中预先选取点对应的压力值，得到压力权函数；根据所述压力权函数、间断左右侧的声波值、间断左右侧的流体密度差、间断左右侧的压力差、垂直于所述网格的速度分量、比热比、振动能以及所述化学反应模型中各个组分的密度，得到压力修正项。

在一个实施例中，还包括马赫修正模块，用于根据所述网格数据，

确定左右侧网格界面处的物理数据；所述物理数据包括：间断两侧速度分量和声速；确定所述取间断两侧速度分量平方和的算术平方根与对应声速比值的最大值作为网格界面处的当地马赫数；根据所述当地马赫数，建立权函数；所述权函数用于从所述当地马赫数和1中选择较小的作为权值；根据所述权函数，构建低马赫修正项；其中，所述权函数趋近于0时，所述低马赫修正项激活，所述权函数趋近于1时，所述低马赫修正项失效；根据所述低马赫修正项和压力修正项，对所述压力修正热化学非平衡通量格式进行修正，得到低马赫-压力修正热化学非平衡通量格式。

在一个实施例中，模型选择模块602还用于构建5组分17反应的Gupta化学反应模型对组分构成以及组分之间的反应进行模拟，从而选择化学反应模型。

在一个实施例中，离散模块604还用于根据纳维叶－斯托克斯方程以及所述化学反应模型，构建多组分、双温模型的热化学非平衡控制方程。

在一个实施例中，数据获取模块608还用于将所述压力修正热化学非平衡通量格式代入所述纳维叶－斯托克斯方程进行迭代计算，获取流动区域中的流场模拟数据。

关于热化学非平衡条件下流场数据的数值计算装置的具体限定可以参见上文中对于热化学非平衡条件下流场数据的数值计算方法的限定，在此不再赘述。上述热化学非平衡条件下流场数据的数值计算装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图7所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种热化学非平衡条件下流场数据的数值计算方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述实施例中方法的步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中方法的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种热化学非平衡条件下流场数据的数值计算方法，所述方法包括：

选择化学反应模型；所述化学反应模型包括：组分的构成与组分之间发生的反应；

根据所述化学反应模型，构建基于纳维叶－斯托克斯方程的热化学非平衡控制方程；

根据预先获取的网格数据对所述热化学平衡控制方程进行离散化，得到离散的控制方程；所述网格数据包括：网格的形状以及网格节点的位置；

根据所述网格数据中预先选取网格节点的压力值，构建压力修正项；

根据所述网格中预先选取点对应的压力值，得到压力权函数；

根据所述压力权函数、间断左右侧的声波值、间断左右侧的流体密度差、间断左右侧的压力差、垂直于所述网格的速度分量、比热比、振动能以及所述化学反应模型中各个组分的密度，得到压力修正项；

根据所述压力修正项，对热化学非平衡通量格式进行修正，得到压力修正热化学非平衡通量格式；

根据所述网格数据，确定左右侧网格界面处的物理数据；所述物理数据包括：间断两侧速度分量和声速；

确定所述取间断两侧速度分量平方和的算术平方根与对应声速比值的最大值作为网格界面处的当地马赫数；

根据所述当地马赫数，建立权函数；所述权函数用于从所述当地马赫数和1中选择较小的作为权值；

根据所述权函数，构建低马赫修正项；其中，所述权函数趋近于0时，所述低马赫修正项激活，所述权函数趋近于1时，所述低马赫修正项失效；

根据所述低马赫修正项和压力修正项，对所述压力修正热化学非平衡通量格式进行修正，得到低马赫-压力修正热化学非平衡通量格式；

根据所述压力修正热化学非平衡通量格式对所述离散的控制方程进行迭代求解，获取流动区域中的流场模拟数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择化学反应模型，包括：

选择5组分17反应的Gupta化学反应模型对组分构成以及组分之间的反应进行模拟。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述化学反应模型，构建基于纳维叶－斯托克斯方程的热化学非平衡控制方程，包括：

根据纳维叶－斯托克斯方程以及所述化学反应模型，构建多组分、双温模型的热化学非平衡控制方程。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述经过压力修正的热化学非平衡通量格式，获取流动区域中的流场模拟数据，包括：

将所述压力修正热化学非平衡通量格式代入所述纳维叶－斯托克斯方程进行迭代计算，获取流动区域中的流场模拟数据。

5.一种热化学非平衡条件下流场数据的数值计算装置，其特征在于，所述装置包括：

模型选择模块，用于选择化学反应模型；所述化学反应模型包括：组分的构成与组分之间发生的反应；

离散模块，根据所述化学反应模型，构建基于纳维叶－斯托克斯方程的热化学非平衡控制方程；根据预先获取的网格数据对所述热化学平衡控制方程进行离散化，得到离散的控制方程；所述网格数据包括：网格的形状以及网格节点的位置；

压力修正模块，用于根据所述网格数据中预先选取网格节点的压力值，构建压力修正项；根据所述网格中预先选取点对应的压力值，得到压力权函数；根据所述压力权函数、间断左右侧的声波值、间断左右侧的流体密度差、间断左右侧的压力差、垂直于所述网格的速度分量、比热比、振动能以及所述化学反应模型中各个组分的密度，得到压力修正项；根据所述压力修正项，对所述热化学非平衡通量格式进行修正，得到压力修正热化学非平衡通量格式；根据所述网格数据，确定左右侧网格界面处的物理数据；所述物理数据包括：间断两侧速度分量和声速；确定所述取间断两侧速度分量平方和的算术平方根与对应声速比值的最大值作为网格界面处的当地马赫数；根据所述当地马赫数，建立权函数；所述权函数用于从所述当地马赫数和1中选择较小的作为权值；根据所述权函数，构建低马赫修正项；其中，所述权函数趋近于0时，所述低马赫修正项激活，所述权函数趋近于1时，所述低马赫修正项失效；根据所述低马赫修正项和压力修正项，对所述压力修正热化学非平衡通量格式进行修正，得到低马赫-压力修正热化学非平衡通量格式；

数据获取模块，用于根据所述压力修正热化学非平衡通量格式对所述离散的控制方程进行迭代求解，获取流动区域中的流场模拟数据。

6.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的方法的步骤。