[发明专利]一种湍流生成方法、装置、设备及存储介质

说明书

本申请公开了一种湍流生成方法、装置、设备及存储介质，涉及湍流生成领域，该方法包括：对参考网格模拟的参考湍流脉动进行特征模态分解得到参考流场的空间模态和时间系数；基于随机生成的时间窗口的起始时刻与目标流场时刻的相对位置关系对目标流场时刻增加时间变化量得到调整后的目标时刻，遍历时间窗口从参考流场确定第一参考时刻和相邻第二参考时刻；基于重构特征模态数、时间系数和空间模态重构第一、第二参考时刻内的参考流场；对重构后参考流场依次进行时间插值、二维线性插值以及速度和温度脉动调整生成与目标时刻对应的目标流场的湍流脉动。本申请通过特征模态分解提取空间模态和时间系数，缩短过渡段长度，提高湍流生成的效率和准确率。

技术领域

本发明涉及湍流生成领域，特别涉及一种湍流生成方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

在高超声速飞行器研制过程中，常规商业软件对湍流边界层开展大涡模拟或者直接数值模拟时，需要在进口提供持续可靠的湍流脉动，因此进口湍流的生成效率、鲁棒性和准确性极大影响湍流边界层的准确预测。现有的合成湍流方法很大程度上依赖人工推导的相关经验公式，例如，现有技术中，矩阵是来自雷诺应力矩阵的分解，通过将随机的速度脉动进行投影使之满足需要的雷诺应力的分布，但是投影并不能保证所有情况下的湍流边界层均成立，所得的雷诺应力脉动与预设雷诺应力之间会存在较大误差，并且，现有技术中的函数对随机旋涡的速度分布进行滤波，使得速度脉动之间满足一定的相关函数，但它假设的实际上是一种十分简单的线性函数形式，这与复杂的湍流脉动流场实际的相差很远。因此，现有的合成湍流方法极大依赖人工推导的经验公式和合理性，尽管可以生成湍流脉动，但和实际情况相差很大，因此往往需要很长的过渡长度来逐渐和真实湍流匹配。这造成了计算资源的浪费，甚至可能产生计算误差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种湍流生成方法、装置、设备及存储介质，能够通过对参考湍流脉动进行特征模态分解提取参考流场的空间模态和时间系数，进而最大限度地重构参考流场，缩短过渡段长度，提高湍流生成的效率和准确率。其具体方案如下：

第一方面，本申请提供了一种湍流生成方法，包括：

基于参考网格模拟湍流边界层非定常流向截面的参考湍流脉动，并对所述参考湍流脉动进行特征模态分解，以得到参考流场的空间模态和时间系数；

在所述参考网格对应的总时间长内随机生成一个时间窗口，基于目标流场时刻与所述时间窗口的起始时刻的相对位置关系对所述目标流场时刻进行时间变化量的增加操作以得到调整后的目标时刻，并对所述时间窗口进行遍历以从所述参考流场中确定出对应的第一参考时刻和第二参考时刻；所述第二参考时刻为与所述第一参考时刻相邻的时刻；

基于重构特征模态数、所述时间系数以及所述空间模态对所述第一参考时刻与所述第二参考时刻内的参考流场进行重构，以得到重构后参考流场；

对所述重构后参考流场依次进行时间插值、二维线性插值以及速度脉动和温度脉动调整操作，以生成与所述目标时刻对应的目标流场的湍流脉动。

可选的，所述基于参考网格模拟湍流边界层非定常流向截面的参考湍流脉动，包括：

基于参考网格获取各非定常瞬时变量，并对各所述非定常瞬时变量分别进行时间和展向平均处理，以得到相应的平均变量；

利用各所述非定常瞬时变量对相应的所述平均变量进行减值操作，以得到相应的湍流边界层非定常流向截面的参考湍流脉动。

可选的，所述对所述参考湍流脉动进行特征模态分解，以得到参考流场的空间模态和时间系数，包括：

根据所述参考湍流脉动确定出与所述参考网格的非定常流场数对应的全部时刻的脉动矢量，以构成参考流场；

利用所述参考流场、所述非定常流场数以及与所述空间模态对应的特征值对预设特征矩阵方程进行求解，以得到所述空间模态；