一种可压/不可压混合流动的高效扰动域推进方法

技术特征：
1.一种可压/不可压混合流动的高效扰动域推进方法，其特征在于，具体包括以下步骤：s1数据读入与流场初始化；s2根据所述流场初始化的方式，建立初始动态计算域，其中，动态计算域包括对流动态域和粘性动态域；s3在所述动态计算域内，求解可压缩纳维-斯托克斯方程当前时间步的残差，并进行时间积分迭代求解网格参数；s4基于s3得到的残差和网格参数，对所述动态计算域进行更新；s5判断全局残差是否小于给定收敛残差阈值，若是，则计算完成并执行s6，若否，则返回s3；s6输出计算所得网格参数的值。2.根据权利要求1所述的高效扰动域更新方法，其特征在于，所述s1，包括：读入计算网格、边界条件、网格参数和计算设置；基于所述网格参数，根据来流条件或给定流场进行所述流场初始化，确定计算前还未定义边界和域的物理量初值以及所选物理模型中公式参数，其中，物理模型中公式参数包括气体常数，粘性系数，湍流模型系数。3.根据权利要求2所述的高效扰动域更新方法，其特征在于，所述s2，包括：当根据所述来流条件初始化时，所有网格参数设定为来流参数，依据壁面条件建立所述对流动态域，同时仅取紧邻壁面的1层网格单元作为初始粘性动态域；当根据给定流场初始化时，所有网格参数按照给定流场设置，依据所述给定流场与来流的差异建立所述粘性动态域，与来流流动特性不符的网格单元作为初始对流动态域，并选取对流动态域中的粘性主导网格单元作为粘性动态域。4.根据权利要求1所述的高效扰动域更新方法,其特征在于，所述s3，包括：基于流场初始化给定的所有网格参数，求解可压缩纳维-斯托克斯方程，并选择预处理后的roe格式，计算对流通量，获得当前时间步的残差；基于所述残差结果，进行时间积分迭代求解，更新获得当前时间步的网格参数。5.根据权利要求4所述的高效扰动域更新方法，其特征在于，所述s4，包括：基于当前时间步的网格参数，根据预处理后的速度和声速，判断对流动态域是否需要增大，再结合残差的收敛情况，判断对流动态域是否需要减少；判断当前网格单元是否受粘性效应主导，若受粘性单元主导，则将所述当前网格单元所有紧邻网格单元增加至粘性动态域，若不受粘性单元主导，则将当前网格单元从粘性动态域中删除。6.根据权利要求5所述的高效扰动域更新方法，其特征在于，所述s4中所述对流动态域的增大与减小，具体包括：通过衡量s3中计算得到的网格参数更新量，判断当前网格单元是否受到无粘扰动，若受到无粘扰动，确定会受影响的紧邻网格单元，对于处于亚声速流动的单元，所有紧邻网格单元都会受到扰动的影响，将所有紧邻网格单元加入到对流动态域中；对于处于超声速流动的单元，则根据对流通量的特征值确定扰动的传播方向，将传播方向下游的网格单元加入对流动态域中；
判断所述当前网格单元是否已收敛，若收敛，则判断所述当前网格单元是否位于所述对流动态域的最上游，若已位于最上游，则判断所述对流动态域中其他网格单元是否不再对所述当前网格单元产生影响，若其他网格单元不再对所述当前网格单元产生影响，则从所述对流动态域中删除当前网格单元。7.根据权利要求6所述的高效扰动域更新方法，其特征在于，所述预处理后的速度和声速是基于当地速度和声速获得的，具体包括：基于所述当地速度u与声速c获得预处理后的速度和声速；基于所述预处理后速度和声速，获得预处理后的特征值，其中，预处理后的速度和声速的计算式分别如下：λ＝[u,u,u,u
′
c
′
,u
′‑
c
′
]u
′
＝u(1-α),α＝(1-βu
r2
)/2,u
r2
＝min(c2,max(|u|2,k|u|2))其中，λ为计算对流通量时用到的特征值，u为当地速度，u
′
为预处理后的速度，c为声速，c
′
为预处理声速，α、β都是求解预处理特征值所用的参数，u
r
为预处理参数，由预处理方法给出，ρ,ρ
p
,ρ
t
分别为密度、密度对压力的导数、密度对温度的导数，由流场参数计算得到，c
p
为定压比热容常数，k是一个小值(10-5
)。8.根据权利要求5所述的高效扰动域更新方法，其特征在于，所述s4中所述粘性动态域的增大与减小，具体包括：将总焓变化量的阈值除以马赫数平方作为粘性判断依据，进行所述粘性动态域的增大与缩小，具体方式如下：若|1-h
0,∞
/h0|/ma2≥ε
d,v
，则将当前网格单元的所有紧邻网格单元增加至粘性动态域；若|1-h
0,∞
/h0|/ma2<ε
d,v
，则将当前网格单元从粘性动态域中删除；其中，h
0,∞
为来流总焓，h0为当前网格单元总焓，ma为当前网格单元马赫数，ε
d,v
为给定的粘性域判断阈值。9.根据权利要求6所述的高效扰动域更新方法，其特征在于，所述网格参数包括：密度、速度、压力和温度。

技术总结
本公开涉及计算流体力学技术领域，提供了一种可压/不可压混合流动的高效扰动域推进方法。该高效扰动域更新方法包括：数据读入与流场初始化；根据流场初始化的方式，建立初始动态计算域，基于在动态计算域内，进行残差估计与时间积分迭代求解；对动态计算域进行更新；基于全局残差与给定收敛残差阈值的关系，若是，判断计算是否完成，若是，则输出，若否，则跳转至求解残差与时间积分迭代求解；输出计算结果。本发明解决了雅克比矩阵特征值改变和低马赫数区域判据不适用的问题，提出了适用于预处理求解可压/不可压流场的粘性主导判断依据，避免了大量无效计算大幅提高计算效率。避免了大量无效计算大幅提高计算效率。避免了大量无效计算大幅提高计算效率。


技术研发人员：蒋崇文 林宏渊 胡姝瑶 高振勋 许晨豪
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2022.04.28
技术公布日：2022/9/6