[发明专利]烧蚀颗粒壁湍流边界层摩阻热流计算方法、设备及介质

说明书

本申请涉及飞行器技术领域，公开了一种烧蚀颗粒壁湍流边界层摩阻热流计算方法、设备及介质，该方法包括：获取颗粒两相壁湍流直接数值模拟数据；根据颗粒两相壁湍流直接数值模拟数据，分别计算摩阻分解对应的各个子效应和热流分解对应的各个子效应；将摩阻分解对应的各个子效应进行MPI归约操作求和，获得烧蚀颗粒壁湍流边界层的摩阻；将热流分解对应的各个子效应进行MPI归约操作求和，获得烧蚀颗粒壁湍流边界层的热流。上述方法兼容性强，可以与任意可压缩颗粒两相流计算方式耦合；高效并行，可以快速处理颗粒两相壁湍流直接数值模拟数据，获得烧蚀颗粒两相流边界层的摩阻和热流，为诊断和优化设计高速烧蚀飞行器提供了技术手段。

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，特别是涉及一种烧蚀颗粒壁湍流边界层摩阻热流计算方法、设备及介质。

背景技术

高速飞行器是大国重器，有着广泛的用途。在飞行器再入过程中，飞行器头部的被驻点高温加热产生烧蚀颗粒，在气动力的剥离作用下，进入下游边界层。烧蚀颗粒与可压缩边界层相互作用，改变边界层的动力学和热力学过程。

在现有技术中，一般通过数值风洞测量获取颗粒流体两相的全部细节信息。然而，工程单位关心的是飞行器的摩阻和热流生成机理，但目前缺乏对海量直接数值模拟风洞测量数据进行高效快速分析，获得摩阻热流生成机理的方式。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种烧蚀颗粒壁湍流边界层摩阻热流计算方法、设备及介质，可以高效并行获得烧蚀颗粒两相流边界层的摩阻和热流，兼容性强。其具体方案如下：

一种烧蚀颗粒壁湍流边界层摩阻热流计算方法，包括：

获取颗粒两相壁湍流直接数值模拟数据；

根据所述颗粒两相壁湍流直接数值模拟数据，分别计算摩阻分解对应的各个子效应和热流分解对应的各个子效应；

将所述摩阻分解对应的各个子效应进行MPI归约操作求和，获得烧蚀颗粒壁湍流边界层的摩阻；

将所述热流分解对应的各个子效应进行MPI归约操作求和，获得烧蚀颗粒壁湍流边界层的热流。

优选地，在本发明实施例提供的上述烧蚀颗粒壁湍流边界层摩阻热流计算方法中，根据所述颗粒两相壁湍流直接数值模拟数据，计算摩阻分解对应的各个子效应，包括：

根据所述颗粒两相壁湍流直接数值模拟数据，计算颗粒两相粘性力效应、可压缩效应、湍流脉冲效应、尾流效应、压力梯度效应、颗粒平均尺度效应和颗粒脉冲尺度效应。

优选地，在本发明实施例提供的上述烧蚀颗粒壁湍流边界层摩阻热流计算方法中，根据所述颗粒两相壁湍流直接数值模拟数据，计算热流分解对应的各个子效应，包括：

根据所述颗粒两相壁湍流直接数值模拟数据，计算法向焓流和法向压能流效应、摩阻做功效应、湍流脉动效应、颗粒传热效应。

优选地，在本发明实施例提供的上述烧蚀颗粒壁湍流边界层摩阻热流计算方法中，根据所述颗粒两相壁湍流直接数值模拟数据，计算颗粒两相粘性力效应、可压缩效应、湍流脉冲效应、尾流效应、压力梯度效应、颗粒平均尺度效应和颗粒脉冲尺度效应，包括：

根据边界层厚度、流体动力粘度，计算粘性力效应；

根据所述边界层厚度、所述流体动力粘度、流体流向平均速度、流体速度散度，计算可压缩效应；

根据所述边界层厚度、所述流体动力粘度、流体密度、雷诺应力，计算湍流脉冲效应；

根据所述边界层厚度、所述流体密度、流体动能，计算尾流效应；

根据流体流量、流体压力，计算压力梯度效应；

根据所述边界层厚度、所述流体流向平均速度、颗粒群表观密度、颗粒惯性弛豫系数、颗粒平均流向速度，计算颗粒平均尺度效应；