基于视线积分法非均匀分层NO分子紫外辐亮度确定方法技术

本发明专利技术属于高超声速激波层紫外探测技术领域，公开了一种基于视线积分法非均匀分层NO分子紫外辐亮度确定方法，运用仿真软件模拟出高速飞行器在高空飞行的气体流场相应参数的分布；将梯度计算公式导入流场中，得到流场中对应的梯度分布云图；提取高超声速飞行器激波层驻点线上的各个参数的梯度曲线，根据梯度变化进行加权分层；将驻点线按照自适应网格非均匀分层，靠近壁面处指数加密，提取自适应网格节点上各个参数；对非均匀分层的视线积分方程进行编程，将程序所需的流场参数进行提取：使用非均匀分层视线积分法的程序，计算激波层NO分子紫外辐亮度。本发明专利技术大大提高了相关计算的精度。精度。精度。

Determination of UV radiance of non-uniform layered no molecule based on line of sight integral method

【技术实现步骤摘要】
基于视线积分法非均匀分层NO分子紫外辐亮度确定方法


[0001]本专利技术属于高超声速激波层紫外探测
，尤其涉及一种基于视线积分法非均匀分层NO分子紫外辐亮度确定方法。

技术介绍

[0002]目前，高超声速飞行器周围流场的空气处于振动激发、解离和电离状态，对高超声速流动中非平衡现象和机理的研究是一项极有挑战性的工作。高超声速流动中气流绕过物体时，不可避免地在物体附近形成一道激波，在激波层高温条件下空气中的N2和O2易发生化学反应生成的产物NO分子是高超声速激波层紫外探测的重要辐射源。
[0003]对没有散射的情况或者不考虑散射情况问题的情况，采用视在光线法能高效准确地计算气体分子的辐射传输特性，视在光线法通过简化非均匀流场中光线的透射情况，射线沿探测方向与流场相交，将相交部分沿射线方向分为n层，对单层介质设为等温，均匀介质，则沿视线方向逐层积分即可计算最终的辐射强度值。在实际流场中，沿视线方向的不同距离间隔内介质会发生不同情况的变化，因此把每段变化看成均匀的是不准确的，尤其是在激波层中，各参数在小段路径中也变化剧烈，需要对变化情况进行处理，对于变化快的区域分层加密确保计算准确性，变化慢的区域分层间隔可以适当放大以提高计算精度和效率。
[0004]目前辐射计算所考虑的网格多为虚拟网格、无网格、数据点扩增等方法，计算时没有将流场非均匀网格与辐射计算相结合，本专利技术所讨论的网格是根据流场特性生成的自适应网格，所计算网格的适用性强且不要求网格的均匀性和高精度细化特性，在保证流场仿真迭代准确性的同时又将流场数据与视线积分方法的分层相结合，准确提取非均匀路径上所需流场参数，减少了数据扩增过程中的误差，提高了计算效率和准确性。
[0005]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中非均匀分层NO分子紫外辐亮度方式精度低，并不能准确地给出BSUV飞行器激波层驻点线上NO光谱辐亮度的计算结果。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于视线积分法非均匀分层NO分子紫外辐亮度确定方法。
[0007]本专利技术是这样实现的，一种基于视线积分法非均匀分层NO分子紫外辐亮度确定方法，所述基于视线积分法非均匀分层NO分子紫外辐亮度确定方法包括：
[0008]步骤一，运用仿真软件模拟出高速飞行器在高空飞行的气体流场温度、压强及各组分浓度的分布；得到了高超声速飞行器激波层流场分布，为步骤二梯度计算提供了依据；
[0009]步骤二，将梯度计算公式导入流场中，得到流场中温度、压强及NO分子摩尔分数的梯度分布云图；得到了流场中温度、压强及NO分子摩尔分数梯度分布，为步骤三驻点线梯度提取提供了依据；
[0010]步骤三，提取高超声速飞行器激波层驻点线上的温度梯度、压强梯度和NO分子摩尔分数梯度曲线，根据梯度变化进行加权分层；得到了驻点线上梯度分布和非均匀分层判据，为步骤五提供精确的输入源；
[0011]步骤四，将驻点线按照自适应网格非均匀分层，靠近壁面处指数加密，提取自适应网格节点上温度、压强和NO摩尔分数；得到了按照自适应网格非均匀分层各节点流场参数，为步骤五提供精确的输入源；
[0012]步骤五，对非均匀分层的视线积分方程进行编程，将程序所需的流场参数进行提取：使用非均匀分层视线积分法的程序，计算激波层NO分子紫外辐亮度。得到了精确的激波层驻点线紫外辐射，为高超声速目标激波紫外探测提供理论依据。
[0013]进一步，所述步骤一中，运用仿真软件模拟出高速飞行器在高空飞行的气体流场温度、压强及各组分浓度的分布具体过程为：
[0014]使用计算流体力学方法对BSUV高超声速飞行器模型进行建模仿真，首先用ICEM软件对飞行器进行几何建模和结构化网格剖分，将建好的模型导入CFD
‑
FASTRAN软件中采用双温度和空气七组分热化学非平衡模型进行仿真，得到BSUV飞行器激波层温度场、压力场和NO摩尔分数场云图。
[0015]进一步，所述步骤二中，将梯度计算公式导入流场中，得到流场中温度、压强及NO分子摩尔分数的梯度分布云图具体过程为：
[0016]将仿真结果导入Tecplot后处理软件中，把梯度求解公式编入到流场云图中，得到BSUV飞行器激波层中温度、压强及NO分子摩尔分数的梯度分布云图。
[0017]进一步，所述步骤三中，提取高超声速飞行器激波层驻点线上的温度梯度、压强梯度和NO分子摩尔分数梯度曲线，根据梯度变化进行加权分层，具体过程为：
[0018]对激波层驻点线上的温度、压强和NO摩尔分数提取进行提取，根据梯度变化率加权分层，在分层总数不变的情况下梯度变化剧烈的地方得到更精确的分层计算，确定每段非均匀分层的距离。
[0019]进一步，所述步骤四中，将驻点线按照自适应网格非均匀分层，靠近壁面处指数加密，提取自适应网格节点上温度、压强和NO摩尔分数具体过程为：
[0020]依据流场结果进行自适应网格划分，对靠近壁面的激波层位置进行指数加密，将驻点线按照自适应网格非均匀分层，提取流场中自适应非均匀网格每段之间的距离以及网格节点上的温度、压强和NO摩尔分数参数数值。
[0021]进一步，所述步骤五中，对非均匀分层的视线积分方程进行编程，将程序所需的流场参数进行提取具体过程为：
[0022]导入均匀分层路径上流场参数计算；导入温度、压强和NO摩尔分数梯度非均匀分层路径上流场参数计算；导入自适应网格非均匀分层路径上流场参数计算。
[0023]进一步，所述导入均匀分层路径上流场参数计算具体过程为：
[0024]把BUSV飞行器驻点线均匀分成40层，每层的温度、压强和质量分数选取分界点上的数值，带入吸收系数计算式中求得每层NO分子的吸收系数。
[0025]进一步，所述导入温度、压强和NO摩尔分数梯度非均匀分层路径上流场参数计算
具体过程为：
[0026]梯度变化率是非均匀分层的采点依据，根据梯度变化加权分层，确定每段的分层长度，将使得在分层总数不变的情况下梯度变化剧烈的地方得到更精确的分层计算，根据分层结果对驻点线上流场数据进行提取，将提取出的温度、压强和NO摩尔分数带入吸收系数计算式中求得每层NO分子吸收系数；
[0027]所述导入自适应网格非均匀分层路径上流场参数计算具体过程为：
[0028]依据流场结果进行自适应网格划分，网格质量均大于0.965，将提取的流场参数带入吸收系数计算式求得自适应非均匀网格每层NO分子吸收系数。
[0029]进一步，所述步骤五中，使用非均匀分层视线积分法的程序，计算激波层NO分子紫外辐亮度具体过程为：
[0030]使用非均匀分层视线积分法的程序计算激波层NO分子紫外辐亮度；对给定组分的气体，在波数为η时的光谱吸收函数κ
η
等于各互相之间重叠的谱线在η处的谱线吸收系数之和，表示为HITRAN数据库中一般默认参考温度为T
ref
＝296K，在该默认温度下谱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于视线积分法非均匀分层NO分子紫外辐亮度确定方法，其特征在于，所述基于视线积分法非均匀分层NO分子紫外辐亮度确定方法包括：步骤一，运用仿真软件模拟出高速飞行器在高空飞行的气体流场温度、压强及各组分浓度的分布；步骤二，将梯度计算公式导入流场中，得到流场中温度、压强及NO分子摩尔分数的梯度分布云图；步骤三，提取高超声速飞行器激波层驻点线上的温度梯度、压强梯度和NO分子摩尔分数梯度曲线，根据梯度变化进行加权分层；步骤四，将驻点线按照自适应网格非均匀分层，靠近壁面处指数加密，提取自适应网格节点上温度、压强和NO摩尔分数；步骤五，对非均匀分层的视线积分方程进行编程，将程序所需的流场参数进行提取：使用非均匀分层视线积分法的程序，计算激波层NO分子紫外辐亮度。2.如权利要求1所述基于视线积分法非均匀分层NO分子紫外辐亮度确定方法，其特征在于，所述步骤一中，运用仿真软件模拟出高速飞行器在高空飞行的气体流场温度、压强及各组分浓度的分布具体过程为：使用计算流体力学方法对BSUV高超声速飞行器模型进行建模仿真，首先用ICEM软件对飞行器进行几何建模和结构化网格剖分，将建好的模型导入CFD
‑
FASTRAN软件中采用双温度和空气七组分热化学非平衡模型进行仿真，得到BSUV飞行器激波层温度场、压力场和NO摩尔分数场云图。3.如权利要求1所述基于视线积分法非均匀分层NO分子紫外辐亮度确定方法，其特征在于，所述步骤二中，将梯度计算公式导入流场中，得到流场中温度、压强及NO分子摩尔分数的梯度分布云图具体过程为：将仿真结果导入Tecplot后处理软件中，把梯度求解公式编入到流场云图中，得到BSUV飞行器激波层中温度、压强及NO分子摩尔分数的梯度分布云图。4.如权利要求1所述基于视线积分法非均匀分层NO分子紫外辐亮度确定方法，其特征在于，所述步骤三中，提取高超声速飞行器激波层驻点线上的温度梯度、压强梯度和NO分子摩尔分数梯度曲线，根据梯度变化进行加权分层，具体过程为：对激波层驻点线上的温度、压强和NO摩尔分数提取进行提取，根据梯度变化率加权分层，在分层总数不变的情况下梯度变化剧烈的地方得到更精确的分层计算，确定每段非均匀分层的距离。5.如权利要求1所述基于视线积分法非均匀分层NO分子紫外辐亮度确定方法，其特征在于，所述步骤四中，将驻点线按照自适应网格非均匀分层，靠近壁面处指数加密，提取自适应网格节点上温度、压强和NO摩尔分数具体过程为：依据流场结果进行自适应网格划分，对靠近壁面的激波层位置进行指数加密，将驻点线按照自适应网格非均匀分层，提取流场中自适应非均匀网格每段之间的距离以及网格节点上的温度、压强和NO摩尔分数参数数值。
6.如权利要求1所述基于视线积分法非均匀分层NO分子紫外辐亮度确定方法，其特征在于，所述步骤五中，对非均匀分层的视线积分方程进行编程，将程序所需的流场参数进行提取具体过程为：导入均匀分层路径上流场参数计算；导入温度、压强和NO摩尔分数梯度非均匀分层路...

【专利技术属性】
技术研发人员：白璐，张天娇，孙梦君，张丹萌，张子飞，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：