[发明专利]一种变比热气体的不同介质多组份流场界面条件构建方法

说明书

本发明提出的一种变比热气体的不同介质多组份流场界面条件构建方法，通过对传统的多介质黎曼问题求解方法进行改进，使之能够反应温度变化对热力学参数的影响。其设计原理为：将内能间断关系、密度以及密度对压力的导数表征成温度的函数；在压力迭代求解的过程中，针对每一次迭代值，对温度同样采用迭代方法进行求解；将中间过程的温度解代入密度及其导数的函数表达式，从而获得最终的压力解、密度解和速度解。本发明求解多介质黎曼问题的过程中，考虑了温度对比热等热力学参数的影响；基于高阶多项式拟合比热和其它热力学参数的方式，通用性更强；适用于包含不同气体组份的多种介质接触间断或界面问题仿真。

技术领域

本发明属于计算流体力学技术领域，具体涉及一种变比热气体的不同介质多组份流场界面条件构建方法。

背景技术

气体在低温流动时一般假定分子仅发生弹性碰撞，认为比热为常数。实际上，温度的变化将引起气体性质发生改变。温度较高时，气体分子振动自由度激发，比热或比热比不再是常数，变成温度的函数，此时称为热完全气体(如图1所示)。

定比热条件下多介质黎曼问题的求解过程已经发展成熟，很多经典的计算格式(如Roe格式等)，以及对多介质界面问题的求解方法，都是在比热为常数的基础上发展的。但是CHEMKIN等知名软件包或数据库均采用高阶多项式拟合比热随温度的变化，适用性更广。如果考虑温度对比热等热力学参数的影响，原有的计算方法不再适用，需要设计一种可以真实考虑热完全气体模型的黎曼问题求解技术，精确求解接触间断(或物质界面)附近的压力、速度和密度。该项技术不仅可以应用于单介质流体计算格式的改进，也可以应用于可压缩多介质流体界面演变问题的流场仿真。

发明内容

本发明旨在提出一种变比热气体的不同介质多组份流场界面条件构建方法，基于高阶多项式拟合比热和其它热力学参数的方式，将传统的多介质黎曼问题求解方法进行改进，适用于多组份变比热问题的求解及不同介质界面演变的流场仿真，具有重要的应用价值。

本发明的技术解决方案是：

提供一种变比热气体的不同介质多组份流场界面条件构建方法，包括：

(1)对于变比热气体的不同介质多组份流场，构建气体压力p的迭代模型，对气体压力p赋迭代初始值，并令辅助标志位IED＝0；构建温度T的迭代模型；令H＝L或R，L表示流场界面左侧，R表示流场界面右侧；

(2)对L侧和R侧温度赋迭代初始值；

(3)分别迭代求解流场界面L侧和R侧温度T_H,k+1；

(4)如果L侧和R侧温度T_H,k+1均满足温度阈值条件，则T_j,H＝T_H,k+1，进入步骤(5)；否则，令不满足温度阈值条件的T_H,k＝T_H,k+1，返回步骤(3)；

(5)求解L侧和R侧的气体密度ρ_j,H；

(6)如果IED＝0，进入步骤(7)；否则，取ρ_IL＝ρ_j,L，ρ_IR＝ρ_j,R，进入步骤(10)；

(7)求解L侧和R侧密度对压力的导数

(8)迭代求解气体压力p_j+1；

(9)如果满足气体压力阈值条件，取界面压力p_I＝p_j+1，设定p_j＝p_j+1，令IED＝1，进入步骤(2)；否则，设定p_j＝p_j+1，进入步骤(2)；

(10)计算一维界面法向速度u_I；