[发明专利]一种面向相似网格的高超声速流场初始化方法

摘要

本发明属于高超声速气动流场数值模拟计算技术领域，具体涉及一种面向相似网格的高超声速气动流场初始化方法。包括以下步骤：（1）确定流场初始化和网格单元一致性判别原则；（2）具体进行面向相似网格的高超声速流场初始化：（2.1）设定待求解气动流场网格和已经完成数值模拟的气动流场网格；（2.2）具体实施步骤。本发明与常用的基于远场的初始化方法相比，提高了高超声速气动流场数值模拟的收敛速度，可显著缩短仅马赫数变化时整批次的工况计算总运行时间，同时还提高了高超声速气动流场数值模拟的正确性。

主权项

一种面向相似网格的高超声速流场初始化方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）确定流场初始化和网格单元一致性判别原则：设定气动流场网格单元集合为G＝{(i,j,k)}，i＝1,2,...,I;j＝1,2,...,J;k＝1,2,...,K，I，J，K分别为X，Y，Z三个方向上的网格划分数目；气动流场F的的守恒量主要包含如下5个：网格单元（i，j,k）的流场密度速度在X，Y，Z三个方向上的分量u,v,w与网格单元（i，j,k）的密度的乘积：能量e与网格单元（i，j,k）的密度的乘积：每一个格心对应一个流场网格单元，对于结构化网格为三维的长方体，每个网格单元包含8个网格点，分别是长方体的8个顶点的坐标信息；假设气动流场网格GB为气动流场网格GA的相似网格，根据8个网格点的坐标信息是否完全相同来确定GB中的网格单元E是否为GA中的网格单元；如果GA中存在8个网格点坐标信息与GB中的网格单元E相同的网格单元，则认为GB中网格单元E为GA中的网格单元；否则认为GB中网格单元E不是GA中的网格单元；（2）具体进行面向相似网格的高超声速流场初始化：（2.1）设定待求解气动流场网格和已经完成数值模拟的气动流场网格：设定待求解气动流场网格GB中的网格单元集合为GB＝{b(i,j,k)}，i＝1,2,...,I_B;j＝1,2,...,J_B;k＝1,2,...,K_B，其中I_B，J_B，K_B分别为气动流场网格GB中X，Y，Z三个方向网格划分数目；设定已经完成数值模拟的气动流场网格GA中的网格单元集合为GA＝{a(i1,j1,k1)}，i1，j1，k1满足i1＝1,2,...,I_A;j1＝1,2,...,J_A;k1＝1,2,...,K_A，其中I_A，J_A，K_A分别为气动流场网格GA中X，Y，Z三个方向网格划分数目；GB和GA互为相似流场；GA的流场已知，需要对GB的流场赋初值，无穷远场守恒量的值为(ρ)_∞，(ρu)_∞，(ρv)_∞，(ρw)_∞，(ρe)_∞；（2.2）具体实施步骤如下：步骤1：设定i=1，j=1，k=1；步骤2：如果GA中存在与GB中网格单元b(i,j,k)完全一致的网格a(i1,j1,k1)，转步骤3，否则转步骤8；步骤3：${\left(\mathrm{\&rho;}\right)}_{i,j,k}^B={\left(\mathrm{\&rho;}\right)}_{i1,j1,k1}^A;$步骤4：${\left(\mathrm{\&rho;u}\right)}_{i,j,k}^B={\left(\mathrm{\&rho;u}\right)}_{i1,j1,k1}^A;$步骤5：${\left(\mathrm{\&rho;v}\right)}_{i,j,k}^B={\left(\mathrm{\&rho;v}\right)}_{i1,j1,k1}^A;$步骤6：${\left(\mathrm{\&rho;w}\right)}_{i,j,k}^B={\left(\mathrm{\&rho;w}\right)}_{i1,j1,k1}^A;$步骤7：${\left(\mathrm{\&rho;e}\right)}_{i,j,k}^B={\left(\mathrm{\&rho;e}\right)}_{i1,j1,k1}^A;$步骤8：${\left(\mathrm{\&rho;}\right)}_{i,j,k}^B={\left(\mathrm{\&rho;}\right)}_{\&infin;};$步骤9：${\left(\mathrm{\&rho;u}\right)}_{i,j,k}^B={\left(\mathrm{\&rho;u}\right)}_{\&infin;};$步骤10：${\left(\mathrm{\&rho;v}\right)}_{i,j,k}^B={\left(\mathrm{\&rho;v}\right)}_{\&infin;};$步骤11：${\left(\mathrm{\&rho;w}\right)}_{i,j,k}^B={\left(\mathrm{\&rho;w}\right)}_{\&infin;};$步骤12：${\left(\mathrm{\&rho;e}\right)}_{i,j,k}^B={\left(\mathrm{\&rho;e}\right)}_{\&infin;};$步骤13：k=k+1；步骤14：如果k<=K满足，转步骤2，否则转15；步骤15：j=j+1；步骤16：如果j<=J满足，转步骤2，否则转17；步骤17：i=i+1；步骤18：如果i<=I满足，转步骤2，否则转19；步骤19：相似网格GB流场初始化结束。