CN111859567A - 体积力构建方法、计算设备及可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种体积力构建方法、计算设备及可读存储介质。体积力构建方法，包括：在均匀来流条件下通过定常雷诺平均模拟方法计算获得预设空间的第一流场；通过对预设空间中控制体的受力分析获得叶片对气流的当地体积力；构建体积力矩阵，形成三维矩阵表；将所述三维矩阵表作为用户自定义函数的输入量，采用求解器进行计算第二流场。本公开继承了传统体积力方法计算速度快，计算资源少的优点；同时，减少了传统体积力构建方法对经验参数的依赖。
Description
技术领域
本公开涉及叶轮机和流体动力学领域，尤其涉及一种用于流场计算的体积力构建方法、计算设备及可读存储介质，可以用于工作在非均匀来流条件下压气机或风扇性能的预估。
背景技术
叶轮机械是一种以连续旋转叶片为本体，使能量在流体介质与轴动力之间相互转换的动力机械。按照功能可以分为原动机械，例如汽轮机、燃气透平等(输出功)；工作机械，如水泵、风扇、压气机、螺旋桨等(耗功)。压气机(compressor)是燃气涡轮发动机中利用高速旋转的叶片给空气作功以提高空气压力的部件。压气机叶轮叶片的前端部分呈弯曲状，称为导轮，其作用是将气体无冲击的导入工作叶轮，减小气流冲击损失。小型增压器的压气机叶轮一般将导轮与工作叶轮制成一体。
行业内针对工作在非均匀来流条件下的压气机或风扇性能的预估，主要采用全周非定常计算(URANS)方法。首先，叶轮机械复杂的叶片几何构型需要细致的网格对其进行描述。其次，时间推进方法求解周期性的非定常流场需要计算多个周期，直至流场出现稳定的周期性才能从中获取风扇或压气机的性能。因此目前的全周非定常计算(URANS)方法主要存在的问题是计算所需的资源(计算所需内存、计算所需时长)难以满足工业实际运用的需求。
针对这一问题，科研人员尝试采用简化的风扇或压气机模型对叶片的特性进行描述，将叶片对气流的作用等效为分布在叶片通道内的体积力，通过力场使得气流获得能量，减少了URANS方法所面对的困难。然而，当前主流的体积力构建方法源自升阻力系数经验公式。具体地说，是将叶片拆解为多个与压气机轴向成一定角度的直通道微元的轴向积叠，每个直通道微元内，叶片对气流的作用力借助垂直力系数Kn(类似升力系数)、平行力系数Kp(类似阻力系数)，将当地气流相对速度与当地叶片对气流的作用力进行关联。该体积力的构建方法需要依赖经验参数--升力系数和阻力系数，一定程度限制了该体积力构建方法的广泛应用。
发明内容
为了解决或者至少缓解上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种用于流场计算的体积力构建方法、计算设备及可读存储介质。
根据本公开的一个方面，一种用于流场计算的体积力构建方法，包括：
在均匀来流条件下通过定常雷诺平均模拟方法计算获得预设空间的第一流场；
通过对所述预设空间中控制体的受力分析获得叶片对气流的当地体积力
所述当地体积力
包括切向体积力Fθ,inv、沿等流向坐标面体积力Fη,inv和沿等叶高面体积力Fs,inv；
构建体积力矩阵，形成三维矩阵表；
将所述三维矩阵表作为用户自定义函数的输入量，采用求解器进行计算第二流场。
根据本公开的至少一个实施方式，所述通过对所述预设空间中控制体的受力分析获得叶片对气流的当地体积力包括：
在所述预设空间建立控制体，选择叶片表面的压力差作为提取对象，通过对切向压力梯度的面积平均，获取所述切向体积力Fθ,inv；
公式为
其中，Fθ,inv为叶片对气流的当地切向体积力；r为叶片的当地半径；θ为周向角度坐标；p为压力。
根据本公开的至少一个实施方式，所述通过对所述预设空间中控制体的受力分析获得叶片对气流的当地体积力还包括：
根据当地叶片几何信息与所述切向体积力Fθ,inv获取所述沿等流向坐标面体积力Fη,inv。
根据本公开的至少一个实施方式，所述通过对所述预设空间中控制体的受力分析获得叶片对气流的当地体积力还包括：
通过机械能守恒方程计算获得所述沿等叶高面体积力Fs,inv；
公式为：Fs,inv·Vs+Fη,inv·Vη+Fθ,inv·Vθ＝Fθ,inv·U
其中，Vs是气流当地速度沿子午面的投影；U是叶片的当地切线速度；Vθ是气流的当地切线速度。
根据本公开的至少一个实施方式，所述将所述三维矩阵表作为用户自定义函数的输入量，采用求解器进行计算包括：
通过损失方程计算获得叶片对气流的粘性力
公式为：
其中，
是叶片对气流的粘性力,其方向与当地相对坐标系下的气流速度方向相反；Vs是气流当地速度沿子午面的投影；T是当地静温度，ρ是当地密度；
是当地相对坐标系下的气流速度；
是从第一流场中提取获得的沿网格流向的熵梯度。
根据本公开的至少一个实施方式，所述构建体积力矩阵，形成三维矩阵表包括：
对多个所述第一流场提取所述切向体积力Fθ,inv和所述熵梯度
并与当地气动参数
进行关联，构建体积力矩阵；
在第二流场的求解中，通过迭过程中获得的所述当地气动参数Mas查询所述体积力矩阵获得当地体积力，不断迭代直至计算收敛；
其中，当地流向速度对应的马赫数k＝1.4；Rg是气体常数；T是当地静温度。
根据本公开的另一个方面，一种计算设备，包括：
存储器，所述存储器存储执行指令；以及
处理器，所述处理器执行所述存储器存储的执行指令，使得所述处理器执行前述任一项所述的方法。
根据本公开的再一个方面，一种可读存储介质，所述可读存储介质中存储有执行指令，所述执行指令被处理器执行时用于实现前述任一项所述的方法。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是本公开体积力构建方法的示例性实施方式流程图。
图2是本公开体积力构建方法采用的控制体的示意图。
图3是本公开体积力构建方法中获得的体积力矩阵分布图。
图4是沿等流向坐标面体积力和沿等叶高面体积力的示意图。
图5是本公开一个实施方式的计算设备的示意性视图。
图6是本公开体积力构建方法获取数值计算结果的计算域示意图。
图7是入口畸变所引发的入口相对气流角的周向分布图。
图8是入口畸变所引发的转子上游测点获得的气流角的周向分布图。
图9是入口畸变所引发的转子下游测点获得的气流角的周向分布图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
在叶轮机领域中，行业内针对压气机/风扇非均匀来流条件下的风扇性能预估，主要采用全周非定常计算(URANS)方法。该方法的主要问题是，计算所需的资源(计算所需内存、计算所需时长)难以满足工业实际运用的需求。
这一巨量计算资源需求主要来自两个方面：1.叶轮机械复杂的叶片几何构型需要细致的网格对其进行描述；2.时间推进方法求解周期性的非定常流场需要计算多个周期，直至流场出现稳定的周期性才能从中获取风扇/压气机的性能。
针对这一问题，研究人员尝试采用简化的风扇/压气机模型对叶片的特性进行描述，将叶片对气流的作用等效为分布在叶片通道内的体积力，通过力场使得气流获得能量，减少了URANS方法所面对的困难。
然而，当前主流的体积力构造方法源自升阻力系数经验公式，具体地说，是将叶片拆解为多个与压气机轴向成一定角度的直通道微元的轴向积叠，每个直通道微元内，叶片对气流的作用力借助垂直力系数Kn(类似升力系数)、平行力系数Kp(类似阻力系数)，将当地气流相对速度与当地叶片对气流的作用力进行关联。这一体积力的构建方法依赖经验参数(升力系数和阻力系数)，一定程度限制了该方法的广泛应用。故此本公开针对流场计算的体积力构建方法，力图解决或者至少缓解上述技术问题中的至少一个，揭示了一种体积力构建方法、计算设备及可读存储介质。
根据本公开的一个方面，参见图1和图2所示，图1是本公开体积力构建方法的示例性实施方式流程图，图2是本公开体积力构建方法采用的控制体的示意图。一种用于流场计算的体积力构建方法，包括：
S10、在均匀来流条件下通过定常雷诺平均模拟(RANS)方法计算获得预设空间的第一流场。也就是说，通过定常CFD计算第一流场。本文中所说的预设空间是指需要进行模拟计算其中流场的空间。该步骤获得的第一流场包括流场特性线上的不同流量点的定常计算结果。
S20、通过对预设空间中控制体的受力分析获得叶片对气流的当地体积力
当地体积力
包括切向体积力Fθ,inv、沿等流向坐标面体积力Fη,inv和沿等叶高面体积力Fs,inv。控制体是指流场中某一确定的空间区域，这个区域的周界称为控制面，如图2所示。控制体的形状根据流动情况和边界位置任意选定。当选定之后，控制体的形状和位置相对于所选定的坐标系来讲是固定不变的，但它所包含的流体的量是时时刻刻改变的。①控制面相对于坐标系是固定的；②在控制面上可以有质量交换；③在控制面上受到控制体以外的物体加在控制体之内物体上的力；④在控制面上可以有能量交换，即可以有能量(内能、动能、热或功)跑进或跑出控制面。预设空间被划分为多个控制体，每个控制体所在的位置是不同的，本文中所说的当地是指控制体所在的位置。
S30、构建体积力矩阵，形成三维矩阵表。也就是说，通过流场特性线上的不同流量点的定常计算结果获取空间中各点的切向体积力随当地气流参数的变化，形成一个三维矩阵表Fθ[span][stream][β]。例如图3中所示，以叶片的展向坐标和叶片的流向坐标构建平面坐标系，以切向体积力构建三维坐标系。
S40、将三维矩阵表作为用户自定义函数(UDF)的输入量，使用CFD软件的求解器进行计算，用来计算第二流场。此处得到的第二流场是在非均匀来流条件下的流场。
例如，可以借助商业软件Fluent提供的求解器动量、能量源项编辑接口，将上述三维矩阵表作为用户自定义函数(UDF)的输入量。
本公开的体积力构建方法的核心思想是利用均匀来流条件下通过定常(RANS)方法计算获得的第一流场，运用控制体分析方法提取体积力，进而建立当地流场参数与当地叶片力之间的关联函数(三维矩阵表)，进而将关联函数运用在非均匀来流的工况下进行压气机或风扇的性能预估。该方法继承了传统体积力方法计算速度快，计算资源少的优点；同时，力源项的构建基于定常计算结果的控制体分析，减少了传统体积力构建方法对经验参数(升力系数和阻力系数)的依赖，从而更有利于体积力方法的工程应用。
在本公开的一个实施方式中，通过对预设空间中控制体的受力分析获得叶片对气流的当地体积力包括：
在所述预设空间建立控制体，选择叶片表面的压力差作为提取对象，通过对切向压力梯度的面积平均，获取所述切向体积力Fθ,inv；
公式为
其中，Fθ,inv为叶片对气流的当地切向体积力；r为叶片的当地半径；θ为周向角度坐标；p为压力。
进一步的，通过对所述预设空间中控制体的受力分析获得叶片对气流的当地体积力还包括：
根据当地叶片几何信息与所述切向体积力Fθ,inv获取所述沿等流向坐标面体积力Fη,inv。
进一步的，通过对所述预设空间中控制体的受力分析获得叶片对气流的当地体积力还包括：
通过机械能守恒方程计算获得所述沿等叶高面体积力Fs,inv；
公式为：Fs,inv·Vs+Fη,inv·Vη+Fθ,inv·Vθ＝Fθ,inv·U
其中，Vs是气流当地速度沿子午面的投影；U是叶片的当地切线速度；Vθ是气流的当地切线速度。
进一步的，将所述三维矩阵表作为用户自定义函数的输入量，采用求解器进行计算包括：
通过损失方程计算获得叶片对气流的粘性力
公式为：
其中，
是叶片对气流的粘性力,其方向与当地相对坐标系下的气流速度方向相反；Vs是气流当地速度沿子午面的投影；T是当地静温度，ρ是当地密度；
是当地相对坐标系下的气流速度；
是从第一流场中提取获得的沿网格流向的熵梯度。
进一步的，构建体积力矩阵，形成三维矩阵表包括：
对多个所述第一流场提取所述切向体积力Fθ,inv和所述熵梯度
并与当地气动参数
进行关联，构建体积力矩阵；
在第二流场的求解中，通过迭过程中获得的所述当地气动参数Mas查询所述体积力矩阵获得当地体积力，不断迭代直至计算收敛；
其中，当地流向速度对应的马赫数k＝1.4；Rg是气体常数；T是当地静温度。
本公开所采用的体积力构建方法中通过叶片的绝热效率获得机械能损失与叶片轴功的比值，进一步构建粘性力。也就是说，粘性力构建的原理是基于CFD计算结果与粘性体积力产生的机械能损失等价。
以下以一个具体实施方式来详细说明本公开的技术方案。本公开通过对预设空间中控制体的受力分析获得叶片对气流的当地体积力，模型将叶片对气流的作用力分解为“粘性力
”与“粘性无关的压差力(当地体积力)
”，对其进行分别建模，详情如下：
1.粘性无关的压差力
建模过程详解：
在预设空间建立控制体，例如将预设空间在设定的坐标系中划分成多个控制体，每个控制体可以看做一个力分析单元，如图2所示。
选择叶片表面的压力差作为提取对象，通过对切向压力梯度的面积平均，获取当地切向体积力Fθ,inv；
公式为
其中，Fθ,inv为叶片对气流的当地无粘切向体积力；r为叶片的当地半径；θ为周向角度坐标；p为压力。
上述公式介绍了三维矢量
切向分量Fθ,inv的确定方式。接下来介绍其余两个分量Fη,inv与Fs,inv的构建方式(其中Fη,inv的方向沿等流向坐标面(isostream surface)，Fs,inv的方向沿等叶高面(isospan surface))：
假设Fη,inv与Fθ,inv的合力方向垂直于等流向坐标面与叶片中弧线面，如图4所示，从而Fη,inv可以根据当地叶片几何信息与上一步获取的Fθ,inv求得。
在其余两个分量确定后，最后一个分量Fs,inv可以通过机械能守恒方程计算获得Fs,inv·Vs+Fη,inv·Vη+Fθ,inv·Vθ＝Fθ,inv·U
其中，Vs是气流当地速度沿子午面的投影；U是叶片的当地切线速度；Vθ是气流的当地切线速度。
至此，前面所提及的与粘性无关的压差力部分构建完成。
2.粘性力
建模过程详解
进一步地，将三维矩阵表作为用户自定义函数的输入量，使用CFD软件的求解器进行计算还包括：
通过损失方程计算获得叶片对气流的粘性力
公式为
其中，
是叶片对气流的流向力，其方向与当地相对坐标系下的气流速度方向相反；Vs是气流当地速度沿子午面的投影；T是当地静温，ρ是当地密度；
是当地相对坐标系下的气流速度；
是从第一流场中提取获得的沿网格流向的熵梯度。
以上为从第一流场获取叶片力信息的方法。以下描述将若干个第一流场的叶片力信息与当地气动参数建立关联函数的方法。
当压气机面对非均匀来流时，认为不同空间位置的叶片处于不同工作状态，或者说叶片力是不一样的，如何判定非均匀来流是哪一特定位置的叶片力大小，需要建立当地叶片力与当地气流参数的关联函数。在计算过程中第二流场不断变化，关联函数根据当地气动参数映射得到当地叶片力，叶片力变化又会产生第二流场变化……不断迭代直到叶片力场不发生改变，从而第二流场也不改变，此时认为计算收敛，取此时的计算结果作为模型求解的结果。
建立关联函数的方法包括：通过对多个第一流场进行上述Fθ,inv与
的提取工作，并与当地气动参数
进行关联，构建成如下体积力矩阵。其中当地流向速度对应的马赫数k＝1.4；Rg是气体常数；T是当地静温度，这些量也是从第一流场中获得的。
在第二流场的求解中，通过迭代过程中获得的当地Mas查询矩阵获得当地体积力，不断迭代直至计算收敛。
采用本公开体积力构建方法计算结果与采用非定常URANS计算结果的对比展示：
以针对某一二维转子的计算结果为例，当计算域入口存在周向非均匀时，通过模型计算结果与非定常URANS(计算资源消耗大，相对准确的计算方法)计算结果的对比说明本公开模型计算结果的合理性。
参见图6所示的获取数值计算结果的计算域示意图，包含计算域长度与测点位置信息，其中C为周长；T为栅距；loc1为转子上游测点，loc2为转子下游测点，le为叶片前缘，te为叶片尾缘。
参见图7所示的入口畸变所引发的入口相对气流角β1(相对坐标系下，气流方向与轴线的夹角)的周向分布图，该图用于表述非均匀来流。
参见图8所示的入口畸变所引发的转子上游测点获得的气流角α1(绝对坐标系下，气流方向与轴线的夹角)的周向分布图，该图用于表述模型计算的合理性。
参见图9所示的入口畸变所引发的转子下游测点获得的气流角α2(绝对坐标系下，气流方向与轴线的夹角)的周向分布图，该图用于表述模型计算的合理性。
根据本公开的另一个方面，参见图5所示的本公开一个实施方式的计算设备的示意性视图，该设备包括：通信接口1000、存储器2000和处理器3000。通信接口1000用于与外界设备进行通信，进行数据交互传输。存储器2000内存储有可在处理器3000上运行的计算机程序。处理器3000执行所述计算机程序时实现上述实施方式中方法。所述存储器2000和处理器3000的数量可以为一个或多个。
存储器2000可以包括高速RAM存储器，也可以还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
如果通信接口1000、存储器2000及处理器3000独立实现，则通信接口1000、存储器2000及处理器3000可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。所述总线可以是工业标准体系结构(ISA，Industry Standard Architecture)总线、外部设备互连(PCI，PeripheralComponent)总线或扩展工业标准体系结构(EISA，Extended Industry StandardComponent)总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，该图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
可选的，在具体实现上，如果通信接口1000、存储器2000、及处理器3000集成在一块芯片上，则通信接口1000、存储器2000、及处理器3000可以通过内部接口完成相互间的通信。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本公开的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本公开的实施方式所属技术领域的技术人员所理解。处理器执行上文所描述的各个方法和处理。例如，本公开中的方法实施方式可以被实现为软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储器。在一些实施方式中，软件程序的部分或者全部可以经由存储器和/或通信接口而被载入和/或安装。当软件程序加载到存储器并由处理器执行时，可以执行上文描述的方法中的一个或多个步骤。备选地，在其他实施方式中，处理器可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行上述方法之一。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，可以具体实现在任何可读存储介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。
就本说明书而言，“可读存储介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。可读存储介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式只读存储器(CDROM)。另外，可读存储介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在存储器中。
应当理解，本公开的各部分可以用硬件、软件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信息实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施方式方法的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施方式的步骤之一或其组合。
此外，在本公开各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个可读存储介质中。所述存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。
Claims (8)
1.一种用于流场计算的体积力构建方法，其特征在于，包括：
在均匀来流条件下通过定常雷诺平均模拟方法计算获得预设空间的第一流场；
通过对所述预设空间中控制体的受力分析获得叶片对气流的当地体积力
所述当地体积力
包括切向体积力Fθ,inv、沿等流向坐标面体积力Fη,inv和沿等叶高面体积力Fs,inv；
构建体积力矩阵，形成三维矩阵表；
将所述三维矩阵表作为用户自定义函数的输入量，采用求解器进行计算第二流场。
2.如权利要求1所述的体积力构建方法，其特征在于，所述通过对所述预设空间中控制体的受力分析获得叶片对气流的当地体积力包括：
在所述预设空间建立控制体，选择叶片表面的压力差作为提取对象，通过对切向压力梯度的面积平均，获取所述切向体积力Fθ,inv；
公式为
其中，Fθ,inv为叶片对气流的当地切向体积力；r为叶片的当地半径；θ为周向角度坐标；p为压力。
3.如权利要求2所述的体积力构建方法，其特征在于，所述通过对所述预设空间中控制体的受力分析获得叶片对气流的当地体积力还包括：
根据当地叶片几何信息与所述切向体积力Fθ,inv获取所述沿等流向坐标面体积力Fη,inv。
4.如权利要求3所述的体积力构建方法，其特征在于，所述通过对所述预设空间中控制体的受力分析获得叶片对气流的当地体积力还包括：
通过机械能守恒方程计算获得所述沿等叶高面体积力Fs,inv；
公式为：Fs,inv·Vs+Fη,inv·Vη+Fθ,inv·Vθ＝Fθ,inv·U
其中，Vs是气流当地速度沿子午面的投影；U是叶片的当地切线速度；Vθ是气流的当地切线速度。
5.如权利要求4所述的体积力构建方法，其特征在于，所述将所述三维矩阵表作为用户自定义函数的输入量，采用求解器进行计算包括：
通过损失方程计算获得叶片对气流的粘性力
公式为：
其中，
是叶片对气流的粘性力,其方向与当地相对坐标系下的气流速度方向相反；Vs是气流当地速度沿子午面的投影；T是当地静温度，ρ是当地密度；
是当地相对坐标系下的气流速度；
是从第一流场中提取获得的沿网格流向的熵梯度。
6.如权利要求5所述的体积力构建方法，其特征在于，所述构建体积力矩阵，形成三维矩阵表包括：
对多个所述第一流场提取所述切向体积力Fθ,inv和所述熵梯度
并与当地气动参数
进行关联，构建体积力矩阵；
在第二流场的求解中，通过迭过程中获得的所述当地气动参数Mas查询所述体积力矩阵获得当地体积力，不断迭代直至计算收敛；
其中，当地流向速度对应的马赫数k＝1.4；Rg是气体常数；T是当地静温度。
7.一种计算设备，其特征在于，包括：
存储器，所述存储器存储执行指令；以及
处理器，所述处理器执行所述存储器存储的执行指令，使得所述处理器执行如权利要求1至6中任一项所述的方法。
8.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质中存储有执行指令，所述执行指令被处理器执行时用于实现如权利要求1至6中任一项所述的方法。
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2020
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