CN116306046B - 一种确定燃烧仿真中组分浓度的方法及装置 - Google Patents
一种确定燃烧仿真中组分浓度的方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本申请提供了一种确定燃烧仿真中组分浓度的方法及装置，其中，该方法包括：确定在当前时间步下燃烧仿真的化学源项对应的多个燃烧化学反应中的第一反应和第二反应、多个燃烧组分中的第一组分和第二组分；将第一反应产生的化学源项作为第一源项，将第二反应产生的化学源项与燃烧仿真中的输运项作为第二源项；确定控制方程的积分格式；依据第一组分在当前时间步的组分浓度、第二组分在当前时间步的组分浓度和积分格式，确定第一组分在下一个时间步的组分浓度和第二组分在下一个时间步的组分浓度。本申请解决了现有技术中分裂积分化学源项和输运项导致的分裂误差，以及积分化学源项时对所有组分进行隐式积分而导致的计算效率低的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及燃烧仿真技术领域，尤其涉及一种确定燃烧仿真中组分浓度的方法及装置。
背景技术
求解燃烧仿真过程中需要对组分浓度进行时间推进，求解如下控制方程，，其中/>指的是所有网格点的组分浓度，/>表示化学源项，/>表示输运项。化学源项指的是每个网格点上各个燃烧组分由于燃烧化学反应产生的组分浓度变化，即只与该网格点本身的组分浓度相关。输运项包含扩散性和对流项，其中对流项由速度产生，其大小与速度以及组分浓度在速度方向上的梯度有关。扩散项是由组分浓度的梯度驱动，其效果是使得组分浓度在所有网格点平均化。
现有技术通常使用Strang的算子分裂法（Strang-splitting）来求解上述方程，现有技术中控制方程的积分格式为：
上述公式中，指的是当前时间步的组分浓度，/>指的是在当前时间步至下一个时间步之间的第一中间组分浓度，/>指的是在当前时间步至下一个时间步之间的第二中间组分浓度，/>指的是一个时间步长，/>指的是下一个时间步的组分浓度，/>指的是组分浓度为/>时的化学源项，/>指的是组分浓度为/>时的输运项，/>指的是组分浓度为/>时的化学源项。从上述积分格式可以看到，算子分裂法将整个积分过程变为半时间步长的纯化学源项积分/>、一个整时间步长的输运项积分，再进行半时间步长的纯化学源项积分/>。其中输运项采用显式积分，而化学源项采用隐式积分，这是因为在燃烧的直接数值模拟中，整个计算过程采用相对较小的时间步长，输运项的刚度较小，而化学源项的数值刚度远大于输运项，在积分化学源项时对所有组分采用纯隐式积分以保持积分稳定性。上述积分格式是二阶精度。
然而，算子分裂法不可避免的存在分裂误差，当输运项对燃烧反应中的活性很强的自由基组分影响较大时，这种分裂误差将非常大远远超过二阶精度误差，因此计算精度将得不到保证。同时当仿真复杂燃料的燃烧过程时，由于涉及的化学机理非常复杂，常常涉及上百个燃烧组分，纯隐式的化学积分过程也将非常耗时。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于至少提供一种确定燃烧仿真中组分浓度的方法及装置，通过根据时间尺度将燃烧组分分为第一组分和第二组分、化学反应分为第一反应和第二反应，只对第一组分和第一反应采取隐式积分对其余部分采取显式积分，解决了积分化学源项时对所有组分均进行隐式积分而导致的计算效率低的技术问题，同时对化学源项和输运项一起积分，解决了现有技术中分裂积分化学源项和输运项导致的分裂误差，最终达到了提高确定组分浓度效率和精度的技术效果。
本申请主要包括以下几个方面：
第一方面，本申请实施例提供一种确定燃烧仿真中组分浓度的方法，确定燃烧仿真中组分浓度的方法包括：确定在当前时间步下燃烧仿真的化学源项对应的多个燃烧化学反应中的第一反应和第二反应、多个燃烧组分中的第一组分和第二组分；将所述第一反应产生的化学源项作为第一源项，将所述第二反应产生的化学源项与燃烧仿真中的输运项作为第二源项；根据所述第一组分下的所述第一源项、所述第一组分下的所述第二源项、所述第二组分下的所述第一源项、所述第二组分下的所述第二源项确定控制方程的积分格式；依据所述第一组分在当前时间步的组分浓度、所述第二组分在当前时间步的组分浓度和所述积分格式，确定所述第一组分在下一个时间步的组分浓度和所述第二组分在下一个时间步的组分浓度。
可选地，确定在当前时间步下燃烧仿真的化学源项对应的多个燃烧化学反应中的第一反应和第二反应，包括：依据所述多个燃烧组分中每个燃烧组分的当前组分浓度和所述多个燃烧化学反应中每个燃烧化学反应的当前反应速率，计算每个燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度；针对每个燃烧化学反应，确定该燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度是否小于一个时间步长；若该燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度小于一个时间步长，则将该燃烧化学反应作为第一反应；若该燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度大于或者等于一个时间步长，则将该燃烧化学反应作为第二反应。
可选地，依据所述多个燃烧组分中每个燃烧组分的当前组分浓度和所述多个燃烧化学反应中每个燃烧化学反应的当前反应速率，计算每个燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度，包括：
通过以下公式计算每个燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度：
上述公式中，指的是第/>个时间步或当前时间步，/>指的是第/>个燃烧化学反应，指的是第/>个燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度，/>指的是所述燃烧仿真的第i个燃烧化学反应涉及的所有组分个数，/>指的是第/>个燃烧组分，/>指的是第/>个燃烧组分在第/>反应下的化学计量系数，/>指的是第/>个燃烧化学反应的当前反应速率，/>指的是第/>个燃烧组分的当前组分浓度。
可选地，通过以下方式确定在当前时间步下燃烧仿真的多个燃烧组分中的第一组分和第二组分：依据所述多个燃烧组分中每个燃烧组分的当前组分浓度和所述多个燃烧化学反应中每个燃烧化学反应的当前反应速率，计算每个燃烧组分在每个燃烧化学反应中对应当前时间步的第二时间尺度；针对每个燃烧组分，确定该燃烧组分在任一个燃烧化学反应中对应当前时间步的第二时间尺度是否小于一个时间步长；若该燃烧组分在任一个燃烧化学反应中对应当前时间步的第二时间尺度小于一个时间步长，则将该燃烧组分作为第一组分；若该燃烧组分在所有燃烧化学反应中对应当前时间步的第二时间尺度大于或者等于一个时间步长，则将该燃烧组分作为第二组分。
可选地，依据所述多个燃烧组分中每个燃烧组分的当前组分浓度和所述多个燃烧化学反应中每个燃烧化学反应的当前反应速率，计算每个燃烧组分在每个燃烧化学反应中对应当前时间步的第二时间尺度，包括：
通过以下公式计算每个燃烧组分在每个燃烧化学反应中对应当前时间步的第二时间尺度：
上述公式中，指的是第/>个时间步或当前时间步，/>指的是第/>个燃烧化学反应，/>指的是第/>个燃烧组分，/>指的是第/>个燃烧组分在第/>反应下对应当前时间步的第二时间尺度，/>指的是第/>个燃烧化学反应的当前反应速率，/>指的是第/>个燃烧组分的当前组分浓度。
可选地，依据所述第一组分在当前时间步的组分浓度、所述第二组分在当前时间步的组分浓度和所述积分格式，确定所述第一组分在下一个时间步的组分浓度和所述第二组分在下一个时间步的组分浓度，包括：
通过以下积分格式计算所述第一组分在下一个时间步的组分浓度和所述第二组分在下一个时间步的组分浓度：
上述公式中，指的是所述第一组分在当前时间步至下一个时间步之间的第一中间组分浓度，/>指的是所述第二组分在当前时间步至下一个时间步之间的第一中间组分浓度，/>指的是所述第二组分在当前时间步至下一个时间步之间的第二中间组分浓度，/>指的是所述第一组分在当前时间步的组分浓度，/>指的是所述第二组分在当前时间步的组分浓度，h指的是一个时间步长，/>指的是所述第一组分在下一个时间步的组分浓度，/>指的是所述第二组分在下一个时间步的组分浓度，/>指的是所述第一组分下的所述第一源项，/>指的是所述第一组分下的所述第二源项，/>指的是所述第二组分下的所述第一源项，/>指的是所述第二组分下的所述第二源项。
第二方面，本申请实施例还提供一种确定燃烧仿真中组分浓度的装置，确定燃烧仿真中组分浓度的装置包括：第一模块，用于确定在当前时间步下燃烧仿真的化学源项对应的多个燃烧化学反应中的第一反应和第二反应、多个燃烧组分中的第一组分和第二组分；第二模块，用于将所述第一反应产生的化学源项作为第一源项，将所述第二反应产生的化学源项与燃烧仿真中的输运项作为第二源项；第三模块，用于根据所述第一组分下的所述第一源项、所述第一组分下的所述第二源项、所述第二组分下的所述第一源项、所述第二组分下的所述第二源项确定控制方程的积分格式；第四模块，用于依据所述第一组分在当前时间步的组分浓度、所述第二组分在当前时间步的组分浓度和所述积分格式，确定所述第一组分在下一个时间步的组分浓度和所述第二组分在下一个时间步的组分浓度。
可选地，第一模块，还用于依据所述多个燃烧组分中每个燃烧组分的当前组分浓度和所述多个燃烧化学反应中每个燃烧化学反应的当前反应速率，计算每个燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度；针对每个燃烧化学反应，确定该燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度是否小于一个时间步长；若该燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度小于一个时间步长，则将该燃烧化学反应作为第一反应；若该燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度大于或者等于一个时间步长，则将该燃烧化学反应作为第二反应。
第三方面，本申请实施例还提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过所述总线进行通信，所述机器可读指令被所述处理器运行时执行上述第一方面或第一方面中任一种可能的实施方式中所述的确定燃烧仿真中组分浓度的方法的步骤。
第四方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述第一方面或第一方面中任一种可能的实施方式中所述的确定燃烧仿真中组分浓度的方法的步骤。
本申请实施例提供的一种确定燃烧仿真中组分浓度的方法及装置，该方法包括：确定在当前时间步下燃烧仿真的化学源项对应的多个燃烧化学反应中的第一反应和第二反应、多个燃烧组分中的第一组分和第二组分；将所述第一反应产生的化学源项作为第一源项，将所述第二反应产生的化学源项与燃烧仿真中的输运项作为第二源项；根据所述第一组分下的所述第一源项、所述第一组分下的所述第二源项、所述第二组分下的所述第一源项、所述第二组分下的所述第二源项确定控制方程的积分格式；依据所述第一组分在当前时间步的组分浓度、所述第二组分在当前时间步的组分浓度和所述积分格式，确定所述第一组分在下一个时间步的组分浓度和所述第二组分在下一个时间步的组分浓度。通过根据时间尺度将燃烧组分分为第一组分和第二组分、化学反应分为第一反应和第二反应，只对第一组分和第一反应采取隐式积分对其余部分采取显式积分，解决了积分化学源项时对所有组分均进行隐式积分而导致的计算效率低的技术问题，同时对化学源项和输运项一起积分，解决了现有技术中分裂积分化学源项和输运项导致的分裂误差，最终达到了提高确定组分浓度效率和精度的技术效果。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。
图1示出了本申请实施例所提供的一种确定燃烧仿真中组分浓度的方法的流程图。
图2示出了本申请实施例所提供的确定在当前时间步下燃烧仿真的化学源项对应的多个燃烧化学反应中的第一反应和第二反应的步骤的流程图。
图3示出了本申请实施例所提供的确定在当前时间步下燃烧仿真的化学源项对应的多个燃烧组分中的第一组分和第二组分的步骤的功能模块图。
图4示出了本申请实施例所提供的一种确定燃烧仿真中组分浓度的装置的功能模块图。
图5示出了本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，本申请中的附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本申请的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本申请中使用的流程图示出了根据本申请的一些实施例实现的操作。应当理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本申请内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。
另外，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的全部其他实施例，都属于本申请保护的范围。
现有技术中，通过算子分裂法确定组分浓度，不可避免的存在分裂误差，从而导致计算出来的组分浓度不精确，且由于燃烧反应可能涉及上百个组分，会导致积分化学源项时对所有组分进行隐式积分非常耗时。
基于此，本申请实施例提供了一种确定燃烧仿真中组分浓度的方法及装置，通过根据时间尺度将燃烧组分分为第一组分和第二组分、化学反应分为第一反应和第二反应，只对第一组分和第一反应采取隐式积分对其余部分采取显式积分，解决了积分化学源项时对所有组分均进行隐式积分而导致的计算效率低的技术问题，同时对化学源项和输运项一起积分，解决了现有技术中分裂积分化学源项和输运项导致的分裂误差，最终达到了提高确定组分浓度效率和精度的技术效果。具体如下：
请参阅图1，图1为本申请实施例所提供的一种确定燃烧仿真中组分浓度的方法的流程图。如图1所示，本申请实施例提供的确定燃烧仿真中组分浓度的方法，包括以下步骤：
S101：确定在当前时间步下燃烧仿真的化学源项对应的多个燃烧化学反应中的第一反应和第二反应、多个燃烧组分中的第一组分和第二组分。
也就是说，确定在当前时间步下燃烧仿真的化学源项对应的多个燃烧化学反应中的第一反应和第二反应、确定在当前时间步下燃烧仿真的多个燃烧组分中的第一组分和第二组分。
化学源项由每个化学反应产生的组分浓度变化组成，可以将化学源项拆分为第一反应和第二反应。由于化学反应速率是随时间变化的，从而每个时间步对应的第一反应和第二反应也不同。也就是说，在当前时间步下的第一反应可能是下一个时间步的第二反应。
其中，第一反应指的是在每个时间步下该燃烧化学反应的时间尺度小于一个时间步长的反应，第二反应指的是在每个时间步下该燃烧化学反应的时间尺度大于或者等于一个时间步长的反应。一个时间步长是用户自行设定的。
请参阅图2，图2为本申请实施例提供的确定在当前时间步下燃烧仿真的化学源项对应的多个燃烧化学反应中的第一反应和第二反应的步骤的流程图。如图2所示，确定在当前时间步下燃烧仿真的化学源项对应的多个燃烧化学反应中的第一反应和第二反应，包括：
S201：依据多个燃烧组分中每个燃烧组分的当前组分浓度和多个燃烧化学反应中每个燃烧化学反应的当前反应速率，计算每个燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度。
针对每个时间步的第一时间尺度指的是在该时间步下，每个燃烧化学反应在当前时间步下的时间尺度。
所述依据所述多个燃烧组分中每个燃烧组分的当前组分浓度和所述多个燃烧化学反应中每个燃烧化学反应的当前反应速率，计算每个燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度，包括：
通过以下公式计算每个燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度：
（1）
公式（1）中，指的是第/>个时间步或当前时间步，/>指的是第/>个燃烧化学反应，/>指的是第/>个燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度，/>指的是所述燃烧仿真的第i个燃烧化学反应涉及的所有组分个数，/>指的是第/>个燃烧组分，/>指的是第/>个燃烧组分在第/>反应下的化学计量系数，/>指的是第/>个燃烧化学反应的当前反应速率，/>指的是第/>个燃烧组分的当前组分浓度。
燃烧组分的当前组分浓度在当前时间步是已知的，燃烧化学反应的当前反应速率/>是可以通过现有技术根据燃烧组分的当前组分浓度计算得到的，且化学计量系数也是已知的。进而，通过公式（1）可以计算出每个燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度。
S202：针对每个燃烧化学反应，确定该燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度是否小于一个时间步长。
也就是说，比较每个燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度是否小于一个时间步长。
S203：将该燃烧化学反应作为第一反应。
若该燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度小于一个时间步长，则将该燃烧化学反应作为第一反应。
S204：将该燃烧化学反应作为第二反应。
若该燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度大于或者等于一个时间步长，则将该燃烧化学反应作为第二反应。
示例性的，若燃烧反应为氢气的燃烧反应，则涉及的反应为H2=H+H，O2=O+O，O+H=OH，O+OH=H2O，若将H2=H+H标记为第一个燃烧化学反应，第一个燃烧化学反应涉及的组分为H和H2，则第一个燃烧化学反应对应的J为2，则计算第一个燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度为。若/>小于一个时间步长，则认为在当前时间步下第一个燃烧化学反应为第一反应；若/>大于或者等于一个时间步长，则认为在当前时间步下第一个燃烧化学反应为第二反应。
请参阅图3，图3为本申请实施例提供的确定在当前时间步下燃烧仿真的化学源项对应的多个燃烧组分中的第一组分和第二组分的步骤的流程图。如图3所示，确定在当前时间步下燃烧仿真的多个燃烧组分中的第一组分和第二组分，包括：
S301：依据多个燃烧组分中每个燃烧组分的当前组分浓度和多个燃烧化学反应中每个燃烧化学反应的当前反应速率，计算每个燃烧组分在每个燃烧化学反应中对应当前时间步的第二时间尺度。
针对每个时间步的第二时间尺度指的是在该时间步下，每个燃烧组分在每个燃烧化学反应中的时间尺度。
所述依据所述多个燃烧组分中每个燃烧组分的当前组分浓度和所述多个燃烧化学反应中每个燃烧化学反应的当前反应速率，计算每个燃烧组分在每个燃烧化学反应中对应当前时间步的第二时间尺度，包括：
通过以下公式计算每个燃烧组分在每个燃烧化学反应中对应当前时间步的第二时间尺度：
（2）
公式（2）中，指的是第/>个时间步或当前时间步，/>指的是第/>个燃烧化学反应，/>指的是第/>个燃烧组分，/>指的是第/>个燃烧组分在第/>反应下对应当前时间步的第二时间尺度，/>指的是第/>个燃烧化学反应的当前反应速率，/>指的是第/>个燃烧组分的当前组分浓度。
S302：针对每个燃烧组分，确定该燃烧组分在任一个燃烧化学反应中对应当前时间步的第二时间尺度是否小于一个时间步长。
S303：将该燃烧组分作为第一组分。
若该燃烧组分在任一个燃烧化学反应中对应当前时间步的第二时间尺度小于一个时间步长，则将该燃烧组分作为第一组分。
S304：将该燃烧组分作为第二组分。
若该燃烧组分在所有燃烧化学反应中对应当前时间步的第二时间尺度大于或者等于一个时间步长，则将该燃烧组分作为第二组分。
示例性的，若燃烧反应为氢气的燃烧反应，则涉及的反应为H2=H+H，O2=O+O，O+H=OH，O+OH=H2O，涉及的组分为H2、H、O2、O、OH、H2O，若将H2=H+H标记为第一个燃烧化学反应，将O2=O+O标记为第二个燃烧化学反应，将O+H=OH标记为第三个燃烧化学反应，将O+OH=H2O标记为第四个燃烧化学反应。由于第二个燃烧化学反应不涉及H组分，进而不存在。进而，H组分在当前时间步下在第一个燃烧化学反应对应的第二时间尺度为/>、H组分在当前时间步下在第三个燃烧化学反应对应的第二时间尺度为/>、H组分在当前时间步下在第四个燃烧化学反应对应的第二时间尺度为/>，只要/>、/>和/>中的任一个的数值小于一个时间步长，则认为在当前时间步时H组分为第一组分，若/>、/>和/>的数值均大于或者等于一个时间步长，则认为在当前时间步时H组分为第二组分。
进而，每个时间步下第一组分的个数和第二组分的个数之和为燃烧反应的组分总数。在当前时间步下的第一组分可能与下一个时间步下的第一组分不同，在当前时间步下的第二组分可能与下一个时间步下的第二组分不同，在当前时间步下的第一反应可能与下一个时间步下的第一反应不同，在当前时间步下的第二反应可能与下一个时间步下的第二反应不同。也就是说，每个时间步下的第一反应、第二反应、第一组分和第二组分可能均是变化的。
返回图1，S102：将第一反应产生的化学源项作为第一源项，将第二反应产生的化学源项与燃烧仿真中的输运项作为第二源项。
也就是说，依据每个燃烧化学反应的时间尺度与一个时间步长的比较结果，将化学源项对应的所有反应分为第一反应和第二反应。也就是说，对所有反应进行分类，将第一反应产生的化学源项作为第一源项，这是由于第一反应的时间尺度小于时间步长，所以第一反应刚性较强，为快速过程。进而，因为第二反应和燃烧仿真过程中的输运过程均为慢速过程，将第二反应产生的化学源项与燃烧仿真的输运项作为第二源项。
S103：根据第一组分下的第一源项、第一组分下的第二源项、第二组分下的第一源项、第二组分下的第二源项确定控制方程的积分格式。
控制方程如下：
（3）
公式（3）中，指的是第一组分的组分浓度，/>指的是第二组分的组分浓度，/>指的是第一组分下的第一源项，/>指的是第一组分下的第二源项，/>指的是第二组分下的第一源项，/>指的是第二组分下的第二源项。
也就是说，将原始控制方程中的所有组分区分为第一组分/>和第二组分/>，控制方程的刚性只存在于第一组分对应的第一源项中，因为此部分涉及的时间尺度均小于时间步长，积分中只需要对第一组分以及第一源项进行隐式积分，而对第二组分和第二源项采取显式积分，从而相对于对所有组分采取隐式积分的算子分裂法提高了计算效率。
S104：依据第一组分在当前时间步的组分浓度、第二组分在当前时间步的组分浓度和积分格式，确定第一组分在下一个时间步的组分浓度和第二组分在下一个时间步的组分浓度。
也就是说，依据第一组分在当前时间步的组分浓度、第二组分在当前时间步的组分浓度和积分格式，确定第一组分在当前时间步的下一个时间步的组分浓度和第二组分在当前时间步的下一个时间步的组分浓度。
所述依据所述第一组分在当前时间步的组分浓度、所述第二组分在当前时间步的组分浓度和所述积分格式，确定所述第一组分在下一个时间步的组分浓度和所述第二组分在下一个时间步的组分浓度，包括：
为了使得积分与算子分裂方法保持一致均为二阶精度，本文结合了二阶精度的时间中心差分格式和二阶精度的梯形积分格式提出了如下的积分格式来计算所述第一组分在下一个时间步的组分浓度和所述第二组分在下一个时间步的组分浓度：
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
公式（4）至（8）中，指的是所述第一组分在当前时间步至下一个时间步之间的第一中间组分浓度，/>指的是所述第二组分在当前时间步至下一个时间步之间的第一中间组分浓度，/>指的是所述第二组分在当前时间步至下一个时间步之间的第二中间组分浓度，/>指的是所述第一组分在当前时间步的组分浓度，/>指的是所述第二组分在当前时间步的组分浓度，h指的是一个时间步长，/>指的是所述第一组分在下一个时间步的组分浓度，/>指的是所述第二组分在下一个时间步的组分浓度，/>指的是所述第一组分下的所述第一源项，/>指的是所述第一组分下的所述第二源项，/>指的是所述第二组分下的所述第一源项，/>指的是所述第二组分下的所述第二源项。
也就是说，通过公式（4）对第一组分进行半个时间步的隐式积分得到，通过公式（5）对第二组分进行半个时间步的显式积分得到/>，通过公式（6）对第二组分进行半个时间步的显式积分得到/>，通过公式（7）对第一组分进行半个时间步的隐式积分得到/>，通过公式（8）对第二组分进行半个时间步的显式积分得到/>。
公式（4）和（5）中的第二源项和/>可以依据当前时间步n对应的数值/>和/>算出来，公式（6）、（7）和（8）中的第二源项/>、是依据/>和/>计算出来的。
本申请的积分方法与现有技术的算子分类方法均是二阶精度。由于本申请是对化学源项和输运项一起进行积分，消除了分裂误差，因此本申请提高了积分精度。并且，本申请只对第一组分采取隐式积分求解，对第二组分采取显式积分求解，相对于现有技术积分化学源项时对所有组分均采用隐式求解来说，本申请节省了计算时间进而提高了效率。
基于同一申请构思，本申请实施例中还提供了与上述实施例提供的确定燃烧仿真中组分浓度的方法对应的确定燃烧仿真中组分浓度的装置，由于本申请实施例中的装置解决问题的原理与本申请上述实施例的确定燃烧仿真中组分浓度的方法相似，因此装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。
如图4所示，图4为本申请实施例提供的一种确定燃烧仿真中组分浓度的装置300的功能模块图。确定燃烧仿真中组分浓度的装置10包括：第一模块101、第二模块102、第三模块103和第四模块104。
第一模块101，用于确定在当前时间步下燃烧仿真的化学源项对应的多个燃烧化学反应中的第一反应和第二反应、多个燃烧组分中的第一组分和第二组分；
第二模块102，用于将所述第一反应产生的化学源项作为第一源项，将所述第二反应产生的化学源项与燃烧仿真中的输运项作为第二源项；
第三模块103，用于根据所述第一组分下的所述第一源项、所述第一组分下的所述第二源项、所述第二组分下的所述第一源项、所述第二组分下的所述第二源项确定控制方程的积分格式；
第四模块104，用于依据所述第一组分在当前时间步的组分浓度、所述第二组分在当前时间步的组分浓度和所述积分格式，确定所述第一组分在下一个时间步的组分浓度和所述第二组分在下一个时间步的组分浓度。
所述第一模块，还用于依据所述多个燃烧组分中每个燃烧组分的当前组分浓度和所述多个燃烧化学反应中每个燃烧化学反应的当前反应速率，计算每个燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度；针对每个燃烧化学反应，确定该燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度是否小于一个时间步长；若该燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度小于一个时间步长，则将该燃烧化学反应作为第一反应；若该燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度大于或者等于一个时间步长，则将该燃烧化学反应作为第二反应。
基于同一申请构思，参见图5所示，为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图，电子设备20包括：处理器201、存储器202和总线203，所述存储器202存储有所述处理器201可执行的机器可读指令，当电子设备20运行时，所述处理器201与所述存储器202之间通过所述总线203进行通信，所述机器可读指令被所述处理器201运行时执行如上述实施例中任一所述的确定燃烧仿真中组分浓度的方法的步骤。
具体地，所述机器可读指令被所述处理器201执行时可以执行如下处理：确定在当前时间步下燃烧仿真的化学源项对应的多个燃烧化学反应中的第一反应和第二反应、多个燃烧组分中的第一组分和第二组分；将所述第一反应产生的化学源项作为第一源项，将所述第二反应产生的化学源项与燃烧仿真中的输运项作为第二源项；根据所述第一组分下的所述第一源项、所述第一组分下的所述第二源项、所述第二组分下的所述第一源项、所述第二组分下的所述第二源项确定控制方程的积分格式；依据所述第一组分在当前时间步的组分浓度、所述第二组分在当前时间步的组分浓度和所述积分格式，确定所述第一组分在下一个时间步的组分浓度和所述第二组分在下一个时间步的组分浓度。
基于同一申请构思，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述实施例提供的确定燃烧仿真中组分浓度的方法的步骤。
具体地，所述存储介质能够为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，所述存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述确定燃烧仿真中组分浓度的方法，通过根据时间尺度将燃烧组分分为第一组分和第二组分、化学反应分为第一反应和第二反应，只对第一组分和第一反应采取隐式积分对其余部分采取显式积分，解决了积分化学源项时对所有组分均进行隐式积分而导致的计算效率低的技术问题，同时对化学源项和输运项一起积分，解决了现有技术中分裂积分化学源项和输运项导致的分裂误差，最终达到了提高确定组分浓度效率和精度的技术效果。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。在本申请所提供的几个实施例中，应所述理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，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单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者所述技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，所述计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种确定燃烧仿真中组分浓度的方法，其特征在于，所述方法包括：
确定在当前时间步下燃烧仿真的化学源项对应的多个燃烧化学反应中的第一反应和第二反应、多个燃烧组分中的第一组分和第二组分；
将所述第一反应产生的化学源项作为第一源项，将所述第二反应产生的化学源项与燃烧仿真中的输运项作为第二源项；
根据所述第一组分下的所述第一源项、所述第一组分下的所述第二源项、所述第二组分下的所述第一源项、所述第二组分下的所述第二源项确定控制方程的积分格式；
依据所述第一组分在当前时间步的组分浓度、所述第二组分在当前时间步的组分浓度和所述积分格式，确定所述第一组分在下一个时间步的组分浓度和所述第二组分在下一个时间步的组分浓度；
通过以下积分格式计算所述第一组分在下一个时间步的组分浓度和所述第二组分在下一个时间步的组分浓度：
上述公式中，指的是所述第一组分在当前时间步至下一个时间步之间的第一中间组分浓度，/>指的是所述第二组分在当前时间步至下一个时间步之间的第一中间组分浓度，/>指的是所述第二组分在当前时间步至下一个时间步之间的第二中间组分浓度，/>指的是所述第一组分在当前时间步的组分浓度，/>指的是所述第二组分在当前时间步的组分浓度，h指的是一个时间步长，/>指的是所述第一组分在下一个时间步的组分浓度，/>指的是所述第二组分在下一个时间步的组分浓度，/>指的是所述第一组分下的所述第一源项，/>指的是所述第一组分下的所述第二源项，/>指的是所述第二组分下的所述第一源项，/>指的是所述第二组分下的所述第二源项。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定在当前时间步下燃烧仿真的化学源项对应的多个燃烧化学反应中的第一反应和第二反应，包括：
依据所述多个燃烧组分中每个燃烧组分的当前组分浓度和所述多个燃烧化学反应中每个燃烧化学反应的当前反应速率，计算每个燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度；
针对每个燃烧化学反应，确定该燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度是否小于一个时间步长；
若该燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度小于一个时间步长，则将该燃烧化学反应作为第一反应；
若该燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度大于或者等于一个时间步长，则将该燃烧化学反应作为第二反应。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述依据所述多个燃烧组分中每个燃烧组分的当前组分浓度和所述多个燃烧化学反应中每个燃烧化学反应的当前反应速率，计算每个燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度，包括：
通过以下公式计算每个燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度：
上述公式中，指的是第/>个时间步或当前时间步，/>指的是第/>个燃烧化学反应，/>指的是第/>个燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度，/>指的是所述燃烧仿真的第i个燃烧化学反应涉及的所有组分个数，/>指的是第/>个燃烧组分，/>指的是第/>个燃烧组分在第反应下的化学计量系数，/>指的是第/>个燃烧化学反应的当前反应速率，/>指的是第/>个燃烧组分的当前组分浓度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下方式确定在当前时间步下燃烧仿真的多个燃烧组分中的第一组分和第二组分：
依据所述多个燃烧组分中每个燃烧组分的当前组分浓度和所述多个燃烧化学反应中每个燃烧化学反应的当前反应速率，计算每个燃烧组分在每个燃烧化学反应中对应当前时间步的第二时间尺度；
针对每个燃烧组分，确定该燃烧组分在任一个燃烧化学反应中对应当前时间步的第二时间尺度是否小于一个时间步长；
若该燃烧组分在任一个燃烧化学反应中对应当前时间步的第二时间尺度小于一个时间步长，则将该燃烧组分作为第一组分；
若该燃烧组分在所有燃烧化学反应中对应当前时间步的第二时间尺度大于或者等于一个时间步长，则将该燃烧组分作为第二组分。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述依据所述多个燃烧组分中每个燃烧组分的当前组分浓度和所述多个燃烧化学反应中每个燃烧化学反应的当前反应速率，计算每个燃烧组分在每个燃烧化学反应中对应当前时间步的第二时间尺度，包括：
通过以下公式计算每个燃烧组分在每个燃烧化学反应中对应当前时间步的第二时间尺度：
上述公式中，指的是第/>个时间步或当前时间步，/>指的是第/>个燃烧化学反应，/>指的是第/>个燃烧组分，/>指的是第/>个燃烧组分在第/>反应下对应当前时间步的第二时间尺度，/>指的是第/>个燃烧化学反应的当前反应速率，/>指的是第/>个燃烧组分的当前组分浓度。
6.一种确定燃烧仿真中组分浓度的装置，其特征在于，所述装置包括：
第一模块，用于确定在当前时间步下燃烧仿真的化学源项对应的多个燃烧化学反应中的第一反应和第二反应、多个燃烧组分中的第一组分和第二组分；
第二模块，用于将所述第一反应产生的化学源项作为第一源项，将所述第二反应产生的化学源项与燃烧仿真中的输运项作为第二源项；
第三模块，用于根据所述第一组分下的所述第一源项、所述第一组分下的所述第二源项、所述第二组分下的所述第一源项、所述第二组分下的所述第二源项确定控制方程的积分格式；
第四模块，用于依据所述第一组分在当前时间步的组分浓度、所述第二组分在当前时间步的组分浓度和所述积分格式，确定所述第一组分在下一个时间步的组分浓度和所述第二组分在下一个时间步的组分浓度；
通过以下积分格式计算所述第一组分在下一个时间步的组分浓度和所述第二组分在下一个时间步的组分浓度：
上述公式中，指的是所述第一组分在当前时间步至下一个时间步之间的第一中间组分浓度，/>指的是所述第二组分在当前时间步至下一个时间步之间的第一中间组分浓度，/>指的是所述第二组分在当前时间步至下一个时间步之间的第二中间组分浓度，/>指的是所述第一组分在当前时间步的组分浓度，/>指的是所述第二组分在当前时间步的组分浓度，h指的是一个时间步长，/>指的是所述第一组分在下一个时间步的组分浓度，/>指的是所述第二组分在下一个时间步的组分浓度，/>指的是所述第一组分下的所述第一源项，/>指的是所述第一组分下的所述第二源项，/>指的是所述第二组分下的所述第一源项，/>指的是所述第二组分下的所述第二源项。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一模块，还用于依据所述多个燃烧组分中每个燃烧组分的当前组分浓度和所述多个燃烧化学反应中每个燃烧化学反应的当前反应速率，计算每个燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度；针对每个燃烧化学反应，确定该燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度是否小于一个时间步长；若该燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度小于一个时间步长，则将该燃烧化学反应作为第一反应；若该燃烧化学反应在当前时间步下的第一时间尺度大于或者等于一个时间步长，则将该燃烧化学反应作为第二反应。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过所述总线进行通信，所述机器可读指令被所述处理器运行时执行如权利要求1至5任一所述的确定燃烧仿真中组分浓度的方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至5任一所述的确定燃烧仿真中组分浓度的方法的步骤。
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