一种气动流动数值仿真流场结构的显示方法技术

本发明专利技术涉及一种气动流动数值仿真流场结构的显示方法，包括：S1.获取气动流动仿真的流场结果数据，并基于初始物理判据对所述流场结果数据进行筛选，获取所述流场结果数据中存在激波面的第一位置；S2.基于筛选物理判据对所述第一位置进行筛选处理，获取激波面结构；S3.汇总所述激波面结构形成气动全流场激波波系结构，并显示所述气动全流场激波波系结构。通过采用本发明专利技术的方法，对流场结构的显示无需显卡支持，可直接在计算集群上对流场仿真数据进行流动结构的批量提取，提取结果文件大小比流场仿真数据约小2个数量级，可以方便地在个人电脑上查看流场结构。提取结果可清晰直观地显示出流场的波系结构，对飞行器气动设计和分析提供了极大的便利。

【技术实现步骤摘要】
一种气动流动数值仿真流场结构的显示方法
本专利技术涉及一种气动流动数值仿真流场结构的显示方法，尤其涉及一种基于物理特性的气动流动数值仿真流场结构的显示方法。
技术介绍
基于计算能力的迅速提升，CFD气动仿真技术近年来得到了蓬勃发展，得到了大规模的工程应用。针对复杂外形的跨声速/超声速流动仿真已逐渐替代风洞试验成为气动设计与分析环节中常用的设计分析手段。对于航空航天常见的复杂外形超声速流动中，常常存在复杂的激波波系。激波在流场中发生反射、干扰，形成非常复杂的波系结构，对飞行器的气动力造成影响，同时飞行速度高时，波系干扰会导致严重的气动加热，影响飞行器热防护设计。因此准确识别激波波系有助于理解复杂流场，有助于飞行器防热设计，在此基础上方能有效地开展气动设计与分析工作。目前常见的CFD求解器主要分为基于结构网格的结构求解器和基于非结构网格的非结构求解器两类。对于复杂外形流动，工程实用的计算网格量一般在千万量级，单个流场计算结果文件大小为1～10G量级。在普通电脑上难以直接对完整的流场文件进行后处理和可视化，一般需要采用专业显卡的高配置工作站。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种气动流动数值仿真流场结构的显示方法，解决显示跨声速/超声速流动中的激波波系流场结构难度高的问题。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种气动流动数值仿真流场结构的显示方法，包括：S1.获取气动流动仿真的流场结果数据，并基于初始物理判据对所述流场结果数据进行筛选，获取所述流场结果数据中存在激波面的第一位置；S2.基于筛选物理判据对所述第一位置进行筛选处理，获取激波面结构；S3.汇总所述激波面结构形成气动全流场激波波系结构，并显示所述气动全流场激波波系结构。根据本专利技术的一个方面，步骤S1中包括：S11.读取气动流动仿真获得的流场结果数据；S12.选取流场数据中一个网格单元的单元中心点PE，i为起始，以流线推进方式分别沿上游、下游获取其余所述流场单元的单元中心点PE，n，以及相应的流场数据；S13.根据所述初始物理判据对所述流场数据进行判断，获取所述第一位置。根据本专利技术的一个方面，步骤S12中，所述流线推进方式满足：Pk+1＝Pk+sdVkλk其中，Pk为当前点，Pk+1为流线上的下一个点，sd取值为±1，代表是向下游搜索还是向上游搜索，Vk是Pk点处的流动速度矢量，λk是Pk点处的网格最小尺度。根据本专利技术的一个方面，步骤S12中所述流场数据包括：流动速度V、压力p、密度ρ和温度T。根据本专利技术的一个方面，所述初始物理判据包括第一子物理判据和第二子物理判据；其中，所述第一子物理判据为：其中，MaE,i为PE,i点马赫数；所述第二子物理判据为：PE,-N-PE,N≥-λPE,0TE,-N-TE,N≥-λTE,0ρE,-N-ρE,N≥-λρE,0|VE,-N|-|VE,N|≤λ|VE,0|其中，λ为过滤阈值。根据本专利技术的一个方面，步骤S13中，将每个所述流场单元中的所述流场数据带入所述初始物理判据，若任一一个所述流场单元中的所述流场数据满足所述第一子物理判据或所述第二子物理判据任一一个，则将其排除，剩余的所述流场单元则为存在激波面的第一位置。根据本专利技术的一个方面，所述筛选物理判据为激波关系式：其中，θ为气流偏转角，β为激波角。根据本专利技术的一个方面，步骤S2中，通过将各所述第一位置中的所述流场数据带入所述筛选物理判据，获取激波面结构。根据本专利技术的一个方面，步骤S2包括：S21.选取任一一个所述第一位置中的所述流场数据带入所述筛选物理判据后，其参数之比和通过激波关系式得到的上下游参数之比加以对比，两者差距小于预设的阈值，则此所述第一位置为激波区域；S22.根据激波角和气流方向，获得激波面法向，进一步计算激波面法向马赫数，根据激波的物理特性，波前法向马赫数>1，波后法向马赫数<1，则取单元内法向马赫数为1的等值面即为激波面结构。根据本专利技术的一个方面，步骤S3中包括：S31.汇总所述激波面结构，根据单元相邻关系可将激波面分割为互不相连的多个区域，每个区域由一组相邻的激波面组成，形成所述气动全流场激波波系结构；S32.将所述气动全流场激波波系结构按STL格式导出，并在流场后处理工具中查看并显示，或这直接导入CAD工具中显示。根据本专利技术的一种方案，通过采用本专利技术的方法，对流场结构的显示无需显卡支持，可直接在计算集群上对流场仿真数据进行流动结构的批量提取，提取结果文件大小比流场仿真数据约小2个数量级，可以方便地在个人电脑上查看流场结构。提取结果可清晰直观地显示出流场的波系结构，对飞行器气动设计和分析提供了极大的便利。根据本专利技术的一种方案，本专利技术的方法通过采用初始物理判据对流场结果数据进行初次筛选，并采用筛选物理判据对初次筛选的结果进一步筛选，本专利技术的方法通过分步筛选的过程极大的降低了设备的性能要求，不仅提高了低性能设备的筛选速度，而且保证了筛选结果的准确性，进一步实现通过本专利技术的方法能够在个人电脑上查看流场结构，方便用户提取结果且可清晰直观地显示出流场的波系结构，进一步对飞行器气动设计和分析提供了极大的便利。附图说明图1示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的显示方法的步骤框图；图2示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的显示方法的流线搜索图；图3示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的显示方法的激波面结构图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在针对本专利技术的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本专利技术的限制。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本专利技术的实施方式并不因此限定于以下实施方式。如图1所示，根据本专利技术的一种实施方式，本专利技术的一种气动流动数值仿真流场结构的显示方法，包括：S1.获取气动流动仿真的流场结果数据，并基于初始物理判据对流场结果数据进行筛选，获取流场结果数据中存在激波面的第一位置；S2.基于筛选物理判据对第一位置进行筛选处理，获取激波面结构；S3.汇总激波面结构形成气动全流场激波波系结构，并显示气动全流场激波波系结构。根据本专利技术的一种实施方式，步骤S1中包括：S11.根据流场结果数据获取气动流动仿真过程中的流场区域，以及获取流场区域中沿流线依次连接并构成流场区域的流场单元。在本实施方式中，激波本身作为物理间断，气动流动仿真过程中中处理为一个大梯度的流场区域，一般具有2～5个网格尺寸的结构宽度，因此在仿真过程中实际选用的网格尺寸将流场区域分割成依次相连的流场单元。S12.选取一个流场单元的单元中心点PE，i为起始，以流线推进方式分别沿上游、下游获取其余流场单元的单元中心点PE，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气动流动数值仿真流场结构的显示方法，包括：S1.获取气动流动仿真的流场结果数据，并基于初始物理判据对所述流场结果数据进行筛选，获取所述流场结果数据中存在激波面的第一位置；S2.基于筛选物理判据对所述第一位置进行筛选处理，获取激波面结构；S3.汇总所述激波面结构形成气动全流场激波波系结构，并显示所述气动全流场激波波系结构。

【技术特征摘要】
1.一种气动流动数值仿真流场结构的显示方法，包括：S1.获取气动流动仿真的流场结果数据，并基于初始物理判据对所述流场结果数据进行筛选，获取所述流场结果数据中存在激波面的第一位置；S2.基于筛选物理判据对所述第一位置进行筛选处理，获取激波面结构；S3.汇总所述激波面结构形成气动全流场激波波系结构，并显示所述气动全流场激波波系结构。2.根据权利要求1所述的显示方法，其特征在于，步骤S1中包括：S11.读取气动流动仿真获得的流场结果数据；S12.选取流场数据中一个网格单元的单元中心点PE，i为起始，以流线推进方式分别沿上游、下游获取其余所述流场单元的单元中心点PE，n，以及相应的流场数据；S13.根据所述初始物理判据对所述流场数据进行判断，获取所述第一位置。3.根据权利要求2所述的显示方法，其特征在于，步骤S12中，所述流线推进方式满足：Pk+1＝Pk+sdVkλk其中，Pk为当前点，Pk+1为流线上的下一个点，sd取值为±1，代表是向下游搜索还是向上游搜索，Vk是Pk点处的流动速度矢量，λk是Pk点处的网格最小尺度。4.根据权利要求3所述的显示方法，其特征在于，步骤S12中所述流场数据包括：流动速度V、压力p、密度ρ和温度T。5.根据权利要求1或4所述的显示方法，其特征在于，所述初始物理判据包括第一子物理判据和第二子物理判据；其中，所述第一子物理判据为：其中，MaE,i为PE,i点马赫数；所述第二子物理判据为：PE,-N-PE,N≥-λPE,0TE,-N-TE,N≥-λTE,0ρE,-N-ρE,N≥-λρE,0|VE,...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐艺哲，左光，张柏楠，杜若凡，周印佳，万千，侯砚泽，
申请(专利权)人：北京空间技术研制试验中心，
类型：发明
国别省市：北京,11