[发明专利]基于计算流体力学的实际气体物性仿真方法及系统

权利要求书

1.基于计算流体力学的实际气体物性仿真方法，其特征是，包括：

获取超临界二氧化碳涡轮机的进出口参数，所述进出口参数，包括：温度、压力和涡轮机的转速；

对超临界二氧化碳涡轮机进行全三维建模，对建立的三维模型进行空间上的网格划分；

基于获取的进出口参数和网格划分后的三维模型，对超临界二氧化碳涡轮机中的实际气体物性进行计算流体力学仿真，得到涡轮机内部的流场分布及流动情况；

基于获取的进出口参数和网格划分后的三维模型，对超临界二氧化碳涡轮机中的实际气体物性进行计算流体力学仿真，得到涡轮机内部的流场分布及流动情况；具体包括：

(1)针对黎曼问题构建内能场e，压力场p，温度场T，当地声速场a，密度速度矢量场ρU，速度场U，密度能量场ρE，焓场h，以初始化计算流体力学仿真，初始实际气体物性由查表法以p和e为输入参数进行查表；

(2)更新多参考系MRF内边界条件上的参数，初始化物理仿真时间并给定计算步长ΔT；所述边界条件，是指涡轮机三维模型的进出口参数和涡轮机壁面；所述参数，包括温度和压力；

(3)判断当前迭代数i是否小于子循环数；如果是，就进入下一步；如果否，就结束一个物理时间步长的计算；

(4)判断当前龙格-库塔Runge-Kutta加速迭代数β是否小于设定阈值；如果是，就进入下一步；如果否，就对当前迭代数i进行加1处理，返回上一步；

(5)使用压力场p、速度场U和内能场e，通过检索实际气体物性表，对仿真边界上的数值进行修正及更新；

(6)计算Godunov通量，并求解控制方程；

(7)更新多参考系MRF的系数，以求解旋转参考系下实际气体的流动状态；

(8)使用更新后的多参考系MRF的系数更新角度ρ和内能场e；

(9)通过更新后的ρ和内能场e使用割线法更新压力场p；

(10)使用压力场p和内能场e更新焓场h、温度场T、当地声速场a、ρ和边界上的值；

(11)使用上一步得到的物性参数，通过求解控制方程更新MRF系数和湍流特征值；

(12)对迭代数β进行加一操作，返回(4)；

所述计算Godunov通量，并求解控制方程；具体包括：

适用于多参考系的连续性方程：

其中，v_rel是相对速度矢量，t是时间步长，为微分数学算符；

适用于多参考系的动量方程：

其中，v是速度矢量，Ω是角速度矢量，σ是总剪切应力矢量；

适用于多参考系的能量方程：

其中，t是时间步长，v_rot是旋转速度矢量，λ是导热系数，μ是动力黏度，μ_T是湍流动力黏度，TKE是湍动能；

通过更新后的ρ和内能场e使用割线法更新压力场p；具体包括：

其中，L是指对应的查表法，L_ρ(e,p_n)是指使用e和p_n查找它们对应的ρ值；

p_n-1＝(1+δ)·p_n

(5)

其中，δ是指变化值，如1×10^-6。

2.如权利要求1所述的基于计算流体力学的实际气体物性仿真方法，其特征是，划分的网格要达到进行计算流体力学仿真的需求。

3.如权利要求1所述的基于计算流体力学的实际气体物性仿真方法，其特征是，黎曼问题，是指在CFD仿真过程中遇到的超音速问题，在数学上的表示为一个初始值间断的问题，如式(6)所示：

其中，U是流动参数矢量，x是二维坐标轴上的某一点，i和j分别表示在(x,0)这一点的左侧或者右侧。