一种基于非定常欧拉两相流的多步长结冰计算方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于非定常欧拉两相流的多步长结冰计算方法和系统，其中方法包括获取空气流场初始条件和水滴场初始条件；构建基于任意物体几何模型生成的计算网格；将总结冰时间均匀划分为多个结冰时间步长；计算每个结冰时间步长内空气流场的非定常数值；计算每个结冰时间步长内水滴场的非定常数值；计算当前结冰时间步长的结冰外形；采用动网格技术重构计算网格；将计算网格重构前的空气流场和水滴场瞬态结果插值赋值给重构后的计算网格；总结冰时间结束，得到最终结冰计算结果。本发明专利技术符合结冰后的非定常效应，改进水滴场控制方程组且使用有保正性质的HLLC格式，改进了结冰计算流程无需假设初始水膜高度和结冰厚度，求解更稳定更准确。定更准确。定更准确。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非定常欧拉两相流的多步长结冰计算方法和系统


[0001]本专利技术属于飞机结冰数值模拟
，尤其涉及一种基于非定常欧拉两相流的多步长结冰计算方法和系统。

技术介绍

[0002]飞机结冰问题与飞行安全关联密切，一直是航空航天领域关注的重点。研究结冰问题的主要方法包括冰风洞试验、自然飞行试验和数值模拟等。数值模拟方法投入成本低，且可以研究更为丰富的结冰工况。
[0003]上世纪四十到五十年代，该时期研究的焦点是水滴运动轨迹的求解方法和结冰热力学模型。计算过冷水滴撞击特性的方法主要有 Lagrange 法和 Euler 法，前者是根据牛顿第二定律建立单个水滴的运动方程，在获得流场信息的基础上，对水滴运动方程进行求解，后者是将空气和水滴看作均相的两相流，在 Euler 坐标系下建立水滴运动微分方程，空气流场和水滴撞击特性经耦合计算一并获得。Taylor和 Langmuir先后根据牛顿第二定律推导出了水滴运动微分方程。Langmuir 提出了利用流场信息计算水滴运动轨迹的方法，由于当时获取流场信息的能力有限， 研究对象仅限于外形简单的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非定常欧拉两相流的多步长结冰计算方法，其特征在于，包括：S1，获取空气流场初始条件和水滴场初始条件；所述空气流场初始条件包括来流压力、来流温度、来流速度和攻角；所述水滴场初始条件包括水滴平均容积直径和液态水含量；S2，构建基于任意物体几何模型生成的计算网格；S3，将总结冰时间均匀划分为多个结冰时间步长；S4，根据空气流场初始条件和计算网格，计算每个结冰时间步长内空气流场的非定常数值；S5，根据水滴场初始条件和计算网格，计算每个结冰时间步长内水滴场的非定常数值；S6，根据空气流场和水滴场的非定常数值，计算当前结冰时间步长的结冰外形；S7，根据当前结冰时间步长的结冰外形，采用动网格技术改动计算网格节点以重构计算网格，将重构后的计算网格用于下一个结冰时间步长的计算过程；S8，将重构前的计算网格的空气流场和水滴场瞬态结果插值赋值给重构后的计算网格；S9，重复步骤S2
‑
S8，直至总结冰时间结束，得到最终结冰计算结果。2.根据权利要求1所述的基于非定常欧拉两相流的多步长结冰计算方法，其特征在于，所述根据空气流场初始条件和计算网格，计算每个结冰时间步长内空气流场的非定常数值，包括：构建空气流场控制方程；所述空气流场控制方程为理想状态气体可压缩雷诺平均Navier
‑
Stokes方程；空气流场控制方程空间离散采用HLLC格式，时间离散使用隐式LU
‑
SGS双时间步迭代，外迭代为真实时间步Δt，内迭代伪时间步长利用CFL条件求解。3.根据权利要求1所述的基于非定常欧拉两相流的多步长结冰计算方法，其特征在于，所述根据水滴场初始条件和计算网格，计算每个结冰时间步长内水滴场的非定常数值，包括：构建水滴场控制方程组的每个计算网格单元积分表达式：；其中，t为计算时间；Ω为计算网格单元的体积；W
d
为水滴场计算网格单元的体守恒通量；F
d
为水滴场计算网格单元的面对流通量；S为计算网格单元其中一个面的面积；P和Q均为水滴场计算网格单元的源项；；；
；；其中，x、y和z分别为惯性坐标系的三个分量方向；ρ
d
为水密度；α为水滴体积分数；ρ
d
α为表观水滴密度；u
d
、v
d
和w
d
分别为水滴在x、y和z方向上的速度；V
d
为水滴的逆变速度，V
d
=
·
； =（u
d
，v
d
，w
d
）；计算单元的面单位法向量=（n
x
，n
y
，n
z
）；n
x
，n
y
和n
z
分别为面单位法向量在x、y和z方向上的分量；g为重力加速度；d为水滴直径；K为空气和水滴作用因子；为质量守恒方程中的数值耗散项；θ为攻角；根据以下公式计算水滴场计算网格单元的面对流通量：；；；；；其中，下标为L的为面左侧单元的变量，下标为R的为面右侧单元的变量；V
L
为面左侧单元逆变速度；V
L
=
·
=；V
R
为面右侧单元逆变速度；V
R
=
·
=
；S
M
为中间波速；S
L
为左波速；S
R
为右波速；S
M
=；S
L
=V
L
‑
q
L
；S
R
=V
R
+q
R
；；；；其中，q
L
为面左侧单元密度比；q
R
为面右侧单元密度比。4.根据权利要求1所述的基于非定常欧拉两相流的多步长结冰计算方法，其特征在于，所述根据空气流场和水滴场的非定常数值，计算当前结冰时间步长的结冰外形，包括：获取结冰类型；根据结冰类型采用不同的质能平衡方程计算结冰增长率；将结冰增长率作为源项带入至水膜流动方程组进行计算；循环计算结冰增长率并将结冰增长率作为源项带入至水膜流动方程组进行计算，直至结冰迭代时间步长结束，得到当前结冰时间步长的结冰外形。5.一种基于非定常欧拉两相流的多步长结冰计算系统，其特征在于，包括：获取模块，用于获取空气流场初始条件和水滴场初始条件；所述空气流场初始条件包括来流压力、来流温度、来流速度和攻角；所述水滴场初始条件包括水滴平均容积直径和...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱春玲，郭威，沈柯，邓思强，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：