模拟用于预测多流流动的热混合的方法及装置制造方法及图纸

描述了一种模拟用于预测多流流动的热混合的方法及装置。示例性方法包括以下步骤：确定飞机的喷嘴的特征；基于所确定的特征估计由于与喷嘴相关联的湍流引起的动量扩散；并且基于所估计的动量扩散估计由于与喷嘴相关联的湍流引起的热量扩散，其中，基于在空间上变化的湍流普朗特数估计由于湍流引起的热量扩散。

【技术实现步骤摘要】

本公开总体上涉及一种飞机，并且更具体地说，涉及模拟用于预测多流流动(multi-streamflows)的热混合(thermalmixing)的方法和装置。
技术介绍
推进系统的设计涉及选择合适的材料和几何形状以用于例如，喷嘴(nozzle)的设计。在选择材料时所考虑的因素包括沿着喷嘴壁的不同点的喷嘴壁温。也就是说，当设计和评估推进系统的喷嘴时，喷嘴壁温度的分布是很有用的信息。
技术实现思路
示例性方法包括以下步骤：通过处理器确定飞机的喷嘴的特征；通过所述处理器基于所确定的特征估计由于与所述喷嘴相关联的湍流(turbulence)引起的动量扩散(momentumdiffusion)；并且通过所述处理器基于估计的所述动量扩散来估计由于与所述喷嘴相关联的所述湍流引起的热量扩散，其中，基于在空间上变化的湍流普朗特数来估计由于所述湍流引起的所述热量扩散。示例性装置包括：域分析器，用于确定飞机的喷嘴的特征；第一估测器，用于基于所确定的特征估计由于与所述喷嘴相关联的湍流引起的动量扩散；以及第二估测器，用于基于估计的所述动量扩散来估计由于与所述喷嘴相关联的所述湍流引起的热量扩散，其中，所述第二估测器使用在空间上变化的湍流普朗特数估计由于所述湍流引起的所述热量扩散。示例性有形计算机可读存储介质包括示例性指令，当执行该指令时，使机器至少执行以下操作：确定飞机的喷嘴的特征；基于所确定的特征估计由于与喷嘴相关联的湍流引起的动量扩散；并且基于所估计的动量扩散来估计由于与喷嘴相关联的湍流引起的热量扩散，其中，基于在空间上变化的湍流普朗特数估计由于湍流而引起的热量扩散。附图说明图1是可用于本文中所公开的示例的示例性的飞机。图2是示出壁温轮廓线的第一曲线图。图3是示出壁温轮廓线的第二曲线图。图4是轴向速度、温度和湍流热通量(turbulentheatflux)的分布图。图5是示出在边界层内的湍流普朗特数的分布的第一曲线图。图6是示出在边界层内的湍流普朗特数的分布的第二曲线图。图7是湍流普朗特数的分布图。图8是示出在环形导管(coannularduct)内的湍流普朗特数的分布的曲线图。图9是示出用高雷诺数项和低雷诺数项所计算的环形导管壁温的曲线图。图10是示出将用已知模型计算的湍流普朗特数与用本文所公开的变量湍流普朗特数模型计算的湍流普朗特数进行对比的曲线图。图11是示出在不同条件下的湍流普朗特数的曲线图。图12A是示出速度的热通量模型的效果的曲线图。图12B是示出总温度的热通量模型的效果的曲线图。图13是根据本公开内容的教导所配置的示例性温度预测器的示例性实施方式的框图。图14是可被执行以实施图13的示例性温度预测器的代表性的示例性方法的流程图。图15是通过执行图14的示例性的方法来实施图13的示例性温度预测器的示例性处理系统的框图。具体实施方式图1示出了可用于本文中所公开的示例性的方法和装置的示例性飞机100。尽管在图1中示出了示例性飞机100，但是可结合由一个或多个喷气发动机推进的其它类型的飞机实施在本文中所公开的示例性方法和装置。图1的示例性飞机100是具有通常用于携带有效负荷(诸如乘客和/或货物)的机身102的商用飞机。图1的示例性飞机100包括左机翼104和右机翼106。左机翼104和右机翼106中的每个具有内侧部分(inboardportion)和外侧部分(outboardportion)。机翼104和106的内侧部分比外侧部分更靠近机身102。包括耦接到机翼104和106的推进器(例如，喷气发动机、涡轮风扇发动机，齿轮涡扇发动机等)的推进系统给飞机100提供推力。在图示的示例中，所示出的推进器108被安装在左机翼104。另一推进器(未示出)被安装到右机翼106。然而，飞机100的示例性推进器108和/或任何其它的推进器可被放置在飞机100上的任何地方。机翼104和106包括由驾驶员和/或自动驾驶系统控制的多个控制面(例如，折翼、扰流器、副翼、方向舵等)以操控飞机100。图1的示例性推进器108包括将能量转化为推进射流(propellingjet)的喷嘴110。喷嘴110的设计和操作涉及喷嘴110的不同方面和表现的开发知识(developingknowledge)。在一些情况下，例如，使用一个或多个模型预测与喷嘴110有关的温度和/或射流的尾迹声(plumeacoustics)。对具有大温差的多流混合流体的准确预测对于预测排气喷嘴的壁温以及对射流的尾迹声的RANS(雷诺平均纳维叶-斯托克斯模拟(Reynolds-AveragedNavier-Stokes))估计是很重要的。已知的用于这种预测的方法是假设可以从湍流动量扩散衡量湍流热量扩散。通过湍流普朗特数来衡量用于计算动量扩散的湍流粘度(turbulentviscosity)，并用于衡量热量扩散。通常从边界层数据选择湍流普朗特数并假设其在整个流场不变。本文中所公开的示例认识到这种在混合层内预测热量扩散的选择。此外，随着在流之间的速度差的减小，混合层预测变得更差。这种方法的缺点与RANS能量方程式中的湍流热通量向量项的处理有关。提出了针对具有大温差的多混合流的一种考虑：对RAND方程式的修改和/或调整可能对于准确预测这些流场是理想的。实验结果表明，对于具有相对小的速度差和在两个流之间的大热量梯度的环形导管流体来说，两个流之间的流体是亚音速(0.2至0.4马赫)，并且所示的作为速度梯度而存在的热混合减小。因此，任何旨在准确地预测这种流场的模型应当遵循这种趋势。湍流模型已经倾向于获取在多种不同流场中的动能传输。涡流扩散模型是模拟热量扩散的传统方法。涡流扩散创建了一个额外系数，湍流普朗特数Prτ，其可被调谐以改善温度预测。在本文所公开的示例认识到在复杂流场中，单系数不足以联系动量和热量扩散。在本文中所公开的示例认识到适用于边界层的湍流普朗特数对于自由切边层可能会不准确，使用恒定Prτ模拟含有这两种简单问题的流场变得太复杂。可能基于流场中的位置改变湍流普朗特数。一些直接接近模型湍流热通量。与用对流、扩散、产生和耗散建模的其它湍流量相同，微分的热通量模型处理湍流热通量向量。创建代数热通量模式以在减小成本和复杂性的情况下保持其微分对应部分的大部分的精确性。本文中所公开的示例提供了使用代数湍流热通量方程式的可变Prτ模型。本文中所公开的一些示例利用BCFD(波音计算流体动力学)代码来实现本文所公开的Lai-So模型和可变Prτ模型。具体地，所使用的BCFD代码是提供结构化和非结构化网格的一般几何形状和通用欧拉(Euler)和纳维叶-斯托克斯(Navier-Stokes)的流体求解程序。BCFD代码求解了使用基于密度的有限体积法的流体动力学控制方程式。非结构化的求解程序是相格中心式(cell-centered)的、空间二阶准确的并且基于通量的一阶精确线性化来使用隐式离散。通过使用多个高分辨率非粘性的通量函数的一个的每个面组合重构的状态，以形成数值通量。可使用“全纳维叶-斯托克斯”法或者“伪-薄层(pseudo-thinlayer)”法处理粘性项。对于稳态计算，可通过一组可用的湍流模型(包括Spalart-Allmaras模型和剪切应力传输(SST)模型)中的一个来结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟用于预测多流流动的热混合的方法，包括以下步骤：通过处理器(1512)确定飞机(100)的喷嘴(110)的特征；通过所述处理器(1512)基于所确定的特征估计由于与所述喷嘴(110)相关联的湍流引起的动量扩散；并且通过所述处理器(1512)基于估计的所述动量扩散来估计由于与所述喷嘴(110)相关联的所述湍流引起的热量扩散，其中，基于在空间上变化的湍流普朗特数来估计由于所述湍流引起的所述热量扩散。

【技术特征摘要】
2015.07.22 US 14/806,3731.一种模拟用于预测多流流动的热混合的方法，包括以下步骤：通过处理器(1512)确定飞机(100)的喷嘴(110)的特征；通过所述处理器(1512)基于所确定的特征估计由于与所述喷嘴(110)相关联的湍流引起的动量扩散；并且通过所述处理器(1512)基于估计的所述动量扩散来估计由于与所述喷嘴(110)相关联的所述湍流引起的热量扩散，其中，基于在空间上变化的湍流普朗特数来估计由于所述湍流引起的所述热量扩散。2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过湍流粘度、湍流热通量向量以及温度梯度之间的关系来限定所述在空间上变化的湍流普朗特数。3.根据权利要求2所述的方法，其中，通过湍流动能与到所述喷嘴(110)的壁的距离和方向向量之间的关系来限定所述湍流热通量向量。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，进一步包括通过所述处理器(1512)基于估计的所述热量扩散来计算所述喷嘴(110)的壁温的分布。5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，进一步包括获取所述喷嘴(110)的几何形状、与所述喷嘴(110)相关联的所述飞机(100)的发动机运行状态以及所述飞机(100)的飞行状态，其中，基于所述几何形状、所述发动机运行状态或者所述飞行状态中的至少一个确定所述喷嘴(110)的特征。6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述喷嘴(110)的特征包括在表示所述喷嘴(110)的计算域的每个相格中的质量、动量和能量。7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括通过所述处理器(1512)基于估计的所述热量扩散来调整至少一个所述相格的所述质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫尔塔扎·马尼，尼古拉斯·J·莫菲特，安德鲁·詹姆斯·多根，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US