【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工程流体力学湍流模拟，具体是涉及一种应用bstmq湍流模型的旋转湍流预测方法。
技术介绍
1、近年来，兼顾计算准确性和计算成本的混合湍流模型应用前景十分广泛，除基于网格空间尺度的各种混合湍流模型之外，emilion教授基于时间尺度提出的struct模型可以实现网格的单调收敛，具有较好的计算精度及鲁棒性。
2、然而在流体机械中，叶轮高速旋转，叶片扭曲，壁面复杂，导致其内流场受到强烈的旋转及曲率效应，现有struct模型并不能直接应用，存在以下问题：(1)struct模型的涡粘阻尼在近壁区接近于1，使得模型回归至传统的雷诺时均模型(reynolds-averagednavier-stokes，rans)，并不适用于旋转机械近壁区的解析；(2)现有struct模型中，基于传统的涡识别准则计算的解析时间尺度并未反映旋转及曲率效应。以上不足均可导致模型无法准确预测旋转湍流的发展过程。
技术实现思路
1、专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提供一种提高流体机械内流场预测效果的应用bstmq湍流模型的旋转湍流预测方法。
2、技术方案：为解决上述问题，本专利技术采用一种应用bstmq湍流模型的旋转湍流预测方法，包括以下步骤：
3、(1)通过三维造型软件对旋转湍流的预测对象进行实体建模，得到模拟模型；
4、(2)对模拟模型进行网格划分；
5、(3)对现有struct湍流模型基于分岔法进行旋转曲率修正，构建bstmq湍流模型，
6、
7、
8、其中，k是湍动能，ω是比耗散率，是湍动能在时间上的偏导数，是湍动能在坐标方向的偏导数，是比耗散率在时间上的偏导数，是比耗散率在坐标方向的偏导数，uj是速度，是涡粘系数表达式，cμ是涡粘系数，s是应变率张量的模，ν是运动粘性系数，νt是涡粘性系数，pk是湍动能生成项，df-b是涡粘阻尼函数，σk、σω、α、β、f1、σω2是常系数；
9、(4)根据基于openfoam的计算程序，应用bstmq湍流模型对旋转湍流进行数值模拟计算，从而得到预测对象的旋转湍流的预测结果。
10、进一步的，所述步骤(3)中构建bstmq湍流模型的具体步骤为：
11、步骤(31)：引入旋转坐标系下的应变率张量和旋转率张量；
12、步骤(32)：使用splart-shur张量统一旋转和曲率效应，得到修正后的旋转率张量；
13、步骤(33)：根据步骤(31)中引入的应变率张量和步骤(32)中得到的修正后的旋转率张量构造速度梯度不变量；
14、步骤(34)：根据步骤(33)中得到的速度梯度不变量确定修正后的解析时间尺度；
15、步骤(35)：根据比耗散率确定旋转湍流的模化时间尺度；
16、步骤(36)：根据步骤(34)和步骤(35)构建反映旋转及曲率效应的涡粘阻尼函数df-b：
17、
18、其中，η3≡η2-η1，η3为无量纲速度梯度不变量ⅲ；η1为根据应变率张量构建的无量纲速度梯度不变量ⅰ，η2为根据修正后的旋转率张量构建的无量纲速度梯度不变量ⅱ，a是模化时间尺度的经验常数；
19、步骤(37)：以bsko模型为基底模型，修正湍动粘度，根据涡粘阻尼函数df-b构建基于分岔法的旋转曲率修正的struct湍流模型，即bstmq湍流模型。
20、进一步的，在惯性坐标系中，应变率张量sij和旋转率张量ωij的计算公式为：
21、
22、
23、其中，i、j是张量表示法中的两个自由标，分别取值为1、2、3，代表须遍历该下标所有取值；ui和uj是速度矢量，惯性坐标系中三个方向的速度分量为u1＝u,u2＝v,u3＝w；xi和xj是惯性坐标系中的坐标轴；表示为x1＝x，x2＝y，x3＝z，和是三个速度分量在三个方向的偏导数；
24、在以角速度矢量旋转的坐标系中，旋转率张量的计算公式为：
25、
26、其中，εijk是循环置换算子，是坐标系旋转的张量。
27、进一步的，基于splart-shur张量统一旋转和曲率效应之后，可得所述修正后的旋转率张量计算公式为：
28、
29、其中，cr是模型常数；是基于splart-shur张量的修正变量。
30、进一步的，修正变量的确定包括：
31、对于二维流动，
32、对于三维流动，
33、其中，是splart-shur张量，wi是中间变量；
34、
35、式中，是与下标不同的坐标系旋转的张量；是与下标不同的splart-shur张量，∈pqj、∈rsj是与∈ijk下标不同的循环置换算子；xij是中间变量；
36、
37、式中，δij是克罗内克符号张量，sik、skj是与sij下标不同的应变率张量；
38、
39、进一步的，η1和η2的计算公式为：
40、
41、η2＝|ωmodk/ε|2
42、其中，k是湍动能，ε是耗散率，s是应变率张量的模，ωmod是修正后的旋转率张量的模。
43、进一步的，所述修正后的解析时间尺度为：
44、
45、其中，
46、据比耗散率确定旋转湍流的模化时间尺度tm：
47、
48、式中，a是模化时间尺度的经验常数，ω是比耗散率，<·>表示在所关心的流动区域作几何平均运算。
49、进一步的，基于传统的涡粘阻尼函数df构建反映旋转及曲率效应的涡粘阻尼函数df-b；传统的涡粘阻尼函数df为：
50、
51、本专利技术还采用一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时上述方法的步骤。
52、本专利技术还采用一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
53、有益效果：本专利技术相对于现有技术，其显著优点是bstmq模型能更好的模拟旋转湍流，能够提高流体机械内流场的预测效果，为流体机械内旋转湍流的高效准确计算提供新思路。基于分岔法的旋转曲率修正的struct模型，使用bsko模型为基底模型，提高近壁区的解析能力；使用splart-shur张量来统一旋转和曲率效应，构建新的解析时间尺度，由此构建的bstmq模型能更好的模拟旋转湍流。
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1.一种应用BSTMQ湍流模型的旋转湍流预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的旋转湍流预测方法，其特征在于，所述步骤(3)中构建BSTMQ湍流模型的具体步骤为：
3.根据权利要求2所述的旋转湍流预测方法，其特征在于，在惯性坐标系中，应变率张量Sij和旋转率张量Ωij的计算公式为：
4.根据权利要求3所述的旋转湍流预测方法，其特征在于，基于Splart-Shur张量统一旋转和曲率效应之后，可得所述修正后的旋转率张量计算公式为：
5.根据权利要求4所述的旋转湍流预测方法，其特征在于，修正变量的确定包括：
6.根据权利要求2所述的旋转湍流预测方法，其特征在于，η1和η2的计算公式为：
7.根据权利要求6所述的旋转湍流预测方法，其特征在于，所述修正后的解析时间尺度为：
8.根据权利要求7所述的旋转湍流预测方法，其特征在于，基于传统的涡粘阻尼函数Df构建反映旋转及曲率效应的涡粘阻尼函数Df-b；传统的涡粘阻尼函数Df为：
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种应用bstmq湍流模型的旋转湍流预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的旋转湍流预测方法，其特征在于，所述步骤(3)中构建bstmq湍流模型的具体步骤为：
3.根据权利要求2所述的旋转湍流预测方法，其特征在于，在惯性坐标系中，应变率张量sij和旋转率张量ωij的计算公式为：
4.根据权利要求3所述的旋转湍流预测方法，其特征在于，基于splart-shur张量统一旋转和曲率效应之后，可得所述修正后的旋转率张量计算公式为：
5.根据权利要求4所述的旋转湍流预测方法，其特征在于，修正变量的确定包括：
6.根据权利要求2所述的旋转湍流预测方法，...
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