[发明专利]基于OpenFOAM和导数矩变换的二维流场气动力重构方法

权利要求书

1.基于OpenFOAM和导数矩变换的二维流场气动力重构方法，其特征在于，所述方法具体包括：

步骤一、利用OpenFOAM获得桥梁流场与振动结果；

步骤二、利用paraview获得特征流动控制体数据；

步骤三、二维流场气动力重构：将矩形控制体内的流场数据与四条控制体边界数据作为输入，进行二维流场气动力重构获得结构气动力，所述二维流场气动力重构通过导数矩变换为基于流场流态的气动力重构公式，将流场流动信息与桥梁气动力相结合；

所述二维流场气动力重构的控制方程如式(1)-(13)所示：

D₂＝D_F2+D_F3+D_B1+D_B2+D_B3 (2)

L₂＝L_F2+L_F3+L_B1+L_B2+L_B3 (3)

D_F3＝ρ∫_SvωdA (5)

L_F3＝-ρ∫_SuωdA (10)

式中，F为基于流场重构的气动力，ρ为流场内流体密度，k为二维计算参数取1，x为流场坐标矢量，ω为涡量，t为计算时间，V为控制体体积，n为物体表面的法向量，方向朝内，为流固耦合固体表面，l为涡力，a_B为固体加速度，Σ为控制体表面，μ为流体动力粘性系数；公式2-13是对公式1的二维矩形计算展开，dA为控制体积分，dl为二维矩形边界线积分，其中D_F2与D_F3均为通过控制体积分获得的重构气动阻力，D_B1、D_B2和D_B3分别为控制体边界上的阻力涡量空间导数的积分、边界涡量对阻力的运动粘性影响项和边界涡量对阻力的空间流速影响项；L_F2与L_F3均为通过控制体积分获得的重构气动升力，L_B1、L_B2和L_B3分别为控制体边界上的升力涡量空间导数的积分、边界涡量对升力的运动粘性影响项和边界涡量对升力的空间流速影响项。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤一中，通过OpenFOAM六自由度求解器与pimpleFOAM求解器进行开展。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤一具体为：首先建立桥梁结构二维网格模型，设置流动边界条件；依照结构质量与阻尼设置OpenFOAM动网格求解；其次根据库朗数设置计算步长与标准函数库的气动力输出，对OpenFOAM设置pimpleFOAM求解器与对应的离散格式和求解方法，并以此设置求解参数；最后，模拟流动的流场数据与结构振动数据，获得振动的特征流场。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤二中，通过开源软件paraview获得结构振动的逐时刻流场数据，分析结构振动稳定后的流动涡量场中特征流态区域；对来流区域、尾流区域和流动上下缘区域计算涵盖特征流态的控制体区间，将控制体选取为涵盖二维特征流态的矩形区域。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在OpenFOAM中通过sample方法计算获得控制体边界的采样数据，对控制体内部通过sample方法获得网格点上的流动数据。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤三中，通过选取不同区域的特征流态获得流场流态对结构气动力的贡献。