[发明专利]一种空腔流固耦合方程的无量纲化方法

权利要求书

1.一种空腔流固耦合方程的无量纲化方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤S1：建立空腔流固耦合问题的关键影响参数系统；

步骤S2：建立空腔流固耦合问题的表征参数系统；具体包括以下步骤：

步骤S21：根据空腔流动与结构振动的基本特性，建立表征空腔流固耦合问题的物理参数系统；

步骤S22：根据表征空腔流固耦合问题的物理参数系统中各物理参数的物理含义，结合气动声学与结构动力学先验知识，选择物理参数的特征尺度；

步骤S3：建立无量纲的空腔流固耦合问题的表征参数系统；

步骤S4：建立空腔流固耦合方程和边界条件；

步骤S5：建立无量纲的空腔流固耦合方程和无量纲的空腔流动边界远场条件；

所述步骤S4具体是指：根据空腔流固耦合的基本规律，建立空腔流动与结构振动的耦合方程和每个物理场对应的边界条件：具体包括以下步骤：

步骤S41：建立空腔流动控制方程及空腔流动边界条件；

步骤S42：建立空腔壁板结构振动控制方程及空腔壁板结构振动边界条件；

所述步骤S41中空腔流动控制方程为：

其中，式中：e为来流介质内能；

下标k表示物理量在空间三个方向的分量；

下标i、下标j和下标r为哑标；

ρ为空腔流场密度；

t为时间变量；

u_k为空腔流场速度分量；

x为空间位置坐标；

δ为速度边界层厚度；

T为空腔流场温度；

R为来流介质的气体常数；

C_v为来流介质的定容比热；

p为空腔流场压力；

所述步骤S41中空腔流动边界条件包括空腔流动边界壁面条件和空腔流动边界远场条件；所述空腔流动边界壁面条件的控制方程为：

其中，式中：D_w为空腔壁面区域；

n_lk表示第l个空腔壁板的单位法向量在三个空间坐标方向的分量；

所述空腔流动边界远场条件的控制方程为：

其中，式中：D_∞表示远离空腔壁面的空间区域；

η为空腔壁板中平面离面位移；

U_s为来流速度；

p_s为来流介质压力；

ρ_s为来流介质密度；

T_s为来流介质温度；

所述步骤S5具体是指：根据有量纲的空腔流固耦合方程与边界条件，依据无量纲的空腔流固耦合问题的表征参数系统，建立空腔流动与结构振动的无量纲方程和无量纲边界条件，获得表征空腔流固耦合问题的无量纲参数之间的关系；具体包括以下步骤：

步骤S51：建立无量纲的空腔流动控制方程及无量纲的空腔流动边界条件；

步骤S52：无量纲的空腔流动边界条件；

所述步骤S51中的无量纲的空腔流动控制方程具体是指：将无量纲的空腔流固耦合问题的表征参数系统所列无量纲参数代入方程(1)，并且对方程中的项进行化简，得到无量纲的空腔流动控制方程；所述无量纲的空腔流动控制方程为：

其中，式中：

为空腔流场密度的无量纲参数；

为时间变量的无量纲参数；

为空腔流场速度分量的无量纲参数；

为空腔流场温度的无量纲参数；

为空腔流场压力的无量纲参数；

为空间位置坐标的无量纲参数；

γ为来流介质比热比；

L为空腔长度；

μ_s为来流介质粘性；

C_p为来流介质的定压比热；

所述步骤S51中无量纲的空腔流动边界条件，具体是指：所述无量纲的空腔流动边界条件包括无量纲的空腔流动边界壁面条件和无量纲的空腔流动边界远场条件；

将无量纲的空腔流固耦合问题的表征参数系统所列无量纲参数代入方程(2)得到无量纲的空腔流动边界壁面条件的控制方程，所述无量纲的空腔流动边界壁面条件的控制方程为：

其中，式中：

f_c为流动特征频率；

h为空腔壁板厚度；

将无量纲的空腔流固耦合问题的表征参数系统所列无量纲参数代入方程(3)中得到无量纲的空腔流动边界远场条件，所述无量纲的空腔流动边界远场条件的控制方程为：