[发明专利]一种旋转叶片精细化流场数值计算方法

权利要求书

1.一种旋转叶片精细化流场数值计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：初始化I/O参数：给定VPM和CFD计算I/O参数；

步骤2：启动CFD计算：启动CFD计算，计算达到CFD文件输出间隔时，输出边界网格节点速度和涡量信息，然后自动检测VPM文件是否输出，如果有，则读取VPM对CFD边界诱导速度信息；如果没有，则进程等待，直到检测到VPM输出，然后读取VPM对CFD边界诱导速度信息；

步骤3：修正CFD通量：读取VPM对CFD边界网格诱导速度信息，修正CFD通量，CFD开始下一轮计算；

步骤4：启动VPM计算：启动VPM计算，计算达到VPM文件输出间隔时，输出VPM对CFD边界诱导速度信息，然后检测CFD文件是否输出，如果有，则读取CFD边界节点涡量信息；如果没有，则进程等待，直到检测到CFD输出，读取CFD边界节点涡量信息；

步骤5：判断涡粒子中心与CFD边界点的距离：判断涡粒子中心与CFD边界点的距离，如果距离小于1个涡粒子半径，则将CFD边界节点涡量信息映射到对应涡粒子上，VPM开始下一轮计算；

步骤6：判断是否达到设定时间：判断是否达到设定时间，如果否，则重复步骤2到5，如果是，则输出VPM和CFD等结果。

2.根据权利要求1所述的一种旋转叶片精细化流场数值计算方法，其特征在于：步骤2中定义的CFD计算方法的N-S控制方程的积分形式为：

为控制体单元边界面的外法向矢量，是守恒变量，和是无粘和粘性通量，Ω是控制体单元表面积，V是控制体单元体积，为源项，对于可压缩流动，守恒变量计算表达式为：

无粘通量采用Jameson中心差分格式进行求解，流场参数存储在网格点上，通过连接周围网格单元的中心点和边界中心点剖分网格单元得到控制体，其计算公式为：

通量计算表达式为：

为流体速度矢量，为网格速度矢量，剪切应力张量τ的各分量计算表达式为：

3.根据权利要求2所述的一种旋转叶片精细化流场数值计算方法，其特征在于：步骤2中定义的CFD计算方法的传导产生的热通量计算表达式为：

Re为雷诺数，Pr_t和Pr分别为湍流和层流普特数，μ_t和μ分别为湍流和层流粘性系数，下标t表示的物理量其值由湍流模型计算得到，通过理想气体状态方程，可以得到能量与压强的关系式为：

由Sutherland公式计算得到层流粘性系数为：

湍流模型的控制方程表达式为：

湍流粘性系数的计算公式为：

g＝r+c_w2(r⁶-r)，f_t2＝c_t3exp(-c_t4χ²)

d为控制单元物面距，Ω为涡量模，c_b1,σ,c_b2,κ,c_w3,c_v1,c_t3,c_t4,c_w1是SA-DES模型式基于上述SA模型构造的，即用长度尺度d替代S-A模型中的壁面距离d，d跟网格间距有联系，定义为：

d＝min(d,C_DESΔ)，Δ＝max(Δx,Δy,Δz)。

4.根据权利要求3所述的一种旋转叶片精细化流场数值计算方法，其特征在于：步骤3中定义的无粘通量项修正以后的计算表达式为：

5.根据权利要求4所述的一种旋转叶片精细化流场数值计算方法，其特征在于：所述步骤4中定义的VPM计算方法的粘性不可压缩非定常N-S动量守恒方程为：

对方程两边作旋度运算，可得到与压力场无关的涡量-速度形式的涡动力学方程为：

6.根据权利要求5所述的一种旋转叶片精细化流场数值计算方法，其特征在于：步骤5中定义的涡量场求解的控制方程为：

是第p个涡粒子的位置，是高斯光顺函数，计算表达式为：

是第p个涡粒子的涡环量(也叫涡强度),计算表达式为：

是第p个涡粒子的涡量值，vol_p是第p个涡粒子的体积。