【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空气动力学领域，具体涉及一种有限速率化学反应模型自定义接口设计方法。
技术介绍
1、本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
2、在开展高超声速热化学非平衡流动数值模拟的过程中，有限速率化学反应模型是决定飞行器气动力、气动热等重要气动特性预测精度的关键模型之一，对高超飞行器气动操控、热防护与通信等系统综合设计具有重要影响。
3、有限速率化学反应模型包含混合气体组元构成、化学反应式以及相应的反应速率等内容信息，其中反应速率用于描述相关组元增加或减少的速度，是化学反应模型中最为重要的参数，也是差异最大的、最难以准确预测的部分。例如常用的地球大气有限速率化学反应模型包括gupta、park、dunn-kang以及martin等，涉及o2、n2、no、o、n、o+、n+、no+、o2+、n2+以及e-等11组元的化学反应过程。这些化学模型在组元与化学反应式构成方面相差不大，但化学反应速率的表征模型多种多样，计算差异极大。由于上述每个化学模型均有相应的适用范围，因此在软件开发中均有被集成使用的必要，但反应速率表征模型的差异会给软件集成带来极大困难。
4、随着飞行任务拓展以及飞行器气动设计需求增长，高超流动模拟求解器需要增加更多的化学反应模型以适应火星大气、燃气、烧蚀引射气体等复杂气体介质环境的流动仿真应用需求。此时，不同类型化学反应模型的集成需求对软件计算框架的可拓展能力提出了更多的挑战和要求。传统的“补丁式”模型数据集成方式不符合“轻量化”的代码编写和维护管理需
技术实现思路
1、本专利技术为了满足日益增长的面向复杂气体介质环境的流动模拟应用需求，提供一种有限速率化学反应模型自定义接口设计方法，采用规范统一的自定义udf参数文件及其解析接口设计，解决传统“补丁式”、“外挂式”化学模型数据集成拓展方式带来的编程冗余和潜在计算风险等问题，大幅度降低了有限速率化学反应模型拓展集成的难度，以及代码编写和维护管理的成本。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种有限速率化学反应模型自定义接口设计方法，包括：
4、步骤s1：适应多种化学反应模型的udf参数文件构建设计；
5、步骤s2：基于udf参数文件的i/o解析接口设计；
6、步骤s3：映射函数接口构建设计；
7、步骤s4：热化学非平衡流场模拟及获取。
8、进一步地，所述步骤s1，包括：
9、考虑地球大气、火星大气、燃气、烧蚀引射气体环境下的多种常用化学反应模型，提取化学模型参数体系的共同特征，建立易于理解和规范统一的udf参数文件，实现人机交互参数设置功能。
10、进一步地，所述步骤s2，包括：
11、基于步骤s1建立的udf参数文件，构建解析化学反应模型的存储数据结构，同时建立配套的输入/输出成员函数，实现计算存储数据与udf参数文件的关联和转换。
12、进一步地，所述步骤s3，包括：
13、构建由完整化学模型参数体系到最小化化学模型参数体系的映射函数接口，依据主控参数文件提供的混合气体组元构成及排序，经映射函数接口转换获得精简后的最小化化学模型参数体系，进而应用于高超cfd求解器开展流动与混合气体复杂化学反应的耦合模拟。
14、进一步地，所述步骤s4，包括：
15、根据计算条件修改udf参数文件关联的化学反应模型及其参数，应用在高超cfd求解器数值迭代过程中更新流场组分浓度分布，直至满足收敛条件时获得最终所需的热化学非平衡稳态流场以及壁面压力、热流密度参数分布。
16、进一步地，所述udf参数文件的要素包含混合气体组元构成、化学反应方程式以及相应的反应速率计算参数集三类信息内容。
17、进一步地，所述udf参数文件采用化学反应方程式管理和编辑每一个化学反应，其中反应物与生成物之间用符号<=>和空格分隔，表示反应是双向的；
18、其次，参与反应的组元名称之间用符号+和空格分开，代表离子正电荷的符号+和负电荷的符号-紧跟在组元名称之后，不能有分隔符号；
19、此外，有第三碰撞体参与的化学反应方程式，碰撞体用符号m表示，m之后的数字代表碰撞反应式的序号，同时在化学反应方程式的最后用括号圈起来注明所有碰撞体的组元名称及其碰撞系数，碰撞体的每一项标注内容之间用逗号分隔，碰撞系数为实型数，组元及其碰撞系数之间用冒号隔开。
20、进一步地，所述udf参数文件中的化学反应方程式在存储时，反应物、生成物和三体碰撞系数分别以正向反应矩阵、逆向反应矩阵和三体碰撞系数矩阵的二维数组存储数据结构表征；
21、在矩阵中，行表示反应方程式的序号，列表示组元在混合气体中的排序序号；正向反应矩阵存储数据，表示组元在反应式中不是反应物，表示组元在反应式中作为反应物的化学计量系数；逆向反应矩阵存储数据，表示组元在反应式中不是生成物，表示组元在反应式中作为生成物的化学计量系数；三体碰撞系数矩阵中，元素表示组元在反应式中不是第三碰撞体，表示组元在反应式中作为第三碰撞体的系数。
22、进一步地，所述udf参数文件中的化学反应方程式在读取和解析时，正向反应矩阵、逆向反应矩阵和三体碰撞系数矩阵的所有数据首先置零；
23、识别转换时，若某组元在反应物中被找到，则将其在正向反应矩阵对应位置的数据加一更新；若在生成物中被找到，则将其在逆向反应矩阵对应位置的数据加一更新；若某组元作为第三碰撞体存在，则将其在三体碰撞系数矩阵对应位置的数据更新置换。
24、进一步地，所述udf参数文件采用6个参数来表征和计算每个化学反应式的反应速率，前3个为正向反应速率arrhenius拟合式系数，后3个为逆向反应速率的arrhenius拟合式系数；
25、所述映射函数接口自动实现由完整化学模型参数体系到最小化化学模型参数体系的转换，用户可以根据主控文件参数设置，任意删减混合气体组元构成及排序，从而得到不同组合的简化化学模型及其计算参数体系。
26、与现有的技术相比，本专利技术的有益效果是：
27、本专利技术所提出和建立的udf自定义参数文件能够适应多种化学反应模型的参数设置与高效集成应用需求，具有可读性和拓展能力强、使用灵活等优势，能够满足有限速率化学反应物理建模及其对高超飞行器气动热环境影响等基础科学问题研究的广泛需求。
28、本专利技术所提出和建立的化学反应模型自定义接口设计方法解决了传统“补丁式”、“外挂式”化学模型数据集成拓展方式带来的编程冗余和潜在计算风险等问题，大幅降低了有限速率化学反应模型拓展集本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种有限速率化学反应模型自定义接口设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种有限速率化学反应模型自定义接口设计方法，其特征在于，所述步骤S1，包括：
3.根据权利要求1所述的一种有限速率化学反应模型自定义接口设计方法，其特征在于，所述步骤S2，包括：
4.根据权利要求1所述的一种有限速率化学反应模型自定义接口设计方法，其特征在于，所述步骤S3，包括：
5.根据权利要求1所述的一种有限速率化学反应模型自定义接口设计方法，其特征在于，所述步骤S4，包括：
6.根据权利要求1所述的一种有限速率化学反应模型自定义接口设计方法，其特征在于，所述UDF参数文件的要素包含混合气体组元构成、化学反应方程式以及相应的反应速率计算参数集三类信息内容。
7.根据权利要求1所述的一种有限速率化学反应模型自定义接口设计方法，其特征在于，所述UDF参数文件采用化学反应方程式管理和编辑每一个化学反应，其中反应物与生成物之间用符号<=>和空格分隔，表示反应是双向的；
8.根据权利要求7所述的一种有
9.根据权利要求8所述的一种有限速率化学反应模型自定义接口设计方法，其特征在于，所述UDF参数文件中的化学反应方程式在读取和解析时，正向反应矩阵、逆向反应矩阵和三体碰撞系数矩阵的所有数据首先置零；
10.根据权利要求6所述的一种有限速率化学反应模型自定义接口设计方法，其特征在于，所述UDF参数文件采用6个参数来表征和计算每个化学反应式的反应速率，前3个为正向反应速率Arrhenius拟合式系数，后3个为逆向反应速率的Arrhenius拟合式系数；
...【技术特征摘要】
1.一种有限速率化学反应模型自定义接口设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种有限速率化学反应模型自定义接口设计方法，其特征在于，所述步骤s1，包括：
3.根据权利要求1所述的一种有限速率化学反应模型自定义接口设计方法，其特征在于，所述步骤s2，包括：
4.根据权利要求1所述的一种有限速率化学反应模型自定义接口设计方法，其特征在于，所述步骤s3，包括：
5.根据权利要求1所述的一种有限速率化学反应模型自定义接口设计方法，其特征在于，所述步骤s4，包括：
6.根据权利要求1所述的一种有限速率化学反应模型自定义接口设计方法，其特征在于，所述udf参数文件的要素包含混合气体组元构成、化学反应方程式以及相应的反应速率计算参数集三类信息内容。
7.根据权利要求1所述的一种有限速率化学反应模型自定义接口设计方法，其特征在于，所述udf参数文件采用化...
【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，陈坚强，丁明松，刘庆宗，江涛，梅杰，高铁锁，董维中，刘婉，于新童，张凡，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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