[发明专利]基于火焰面/进度变量模型的超声速湍流燃烧流动计算方法

摘要

本发明公开了一种基于火焰面/进度变量模型的超声速湍流燃烧流动计算方法，属于计算流体力学(CFD)领域。所述方法包括建立火焰面数据库、使用火焰面数据库进行RANS求解和建立进度变量源项的可压缩标度模型的步骤。本发明考虑自点火和熄火现象的火焰面/进度变量湍流燃烧模型，针对进度变量源项构造了一种具有明确物理意义的新型可压缩标度模型，从而令修正后的火焰面/进度变量模型可准确描述自点火和熄火过程，有效考虑流动的高马赫数效应，从而大幅提高对超声速湍流燃烧流动的模拟精度。本发明技术实现难度低，在使用时可以作为一种可压缩修正，只需作为子程序加入，而与CFD程序耦合计算时对原有程序的修改很少。

主权项

基于火焰面/进度变量模型的超声速湍流燃烧流动计算方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤1：建立火焰面数据库；步骤2：使用火焰面数据库进行RANS求解；在获得火焰面数据库的基础上，得到组分质量分数在物理空间中的分布：Y~s=∫∫Ys(Z,C)P~(Z,C)dZdC---(10)]]>其中，上标“～”表示Favrè平均，混合分数和进度变量的联合概率密度分布为：P~(Z,C)=P~(C|Z)P~(Z)---(11)]]>其中为β分布，而条件概率密度为δ分布：P~(C|Z)=δ(C-C|Z)---(12)]]>C|Z由一些单独的火焰面数据库中的解得到并且由以下关系式约束：C~=∫C|ZP~(Z)dZ---(13)]]>因此，除了混合分数和混合分数的二阶矩Z”2的输运方程需要求解外，还需要求解进度变量C的输运方程，其中的进度变量源项的计算公式为：ω·‾C=∫∫ω·C(Z,C)P~(Z,C)dZdC---(14)]]>为求解火焰面方程组得到的进度变量源项，存储于火焰面数据库中；步骤3：建立进度变量源项的可压缩标度模型；针对进度变量源项的可压缩标度关系式为：ω·‾Cω·‾C0=ω·Ctest(ρ‾,T~)ω·Ctest(ρfl,Tfl)---(15)]]>其中，为经过式(14)的概率密度积分后得到的进度变量源项，不包含任何高马赫数效应；修正系数为两种进度变量的测试源项之比：和的计算使用求解RANS方程组后得到的当地密度和温度而的计算使用对火焰面数据库中的ρ(Z,C)和T(Z,C)进行联合概率密度积分平均后得到的密度ρfl和温度Tfl：ρfl=∫∫ρ(Z,C)P~(Z,C)dZdC---(16)]]>Tfl=∫∫T(Z,C)P~(Z,C)dZdC---(17)]]>由于ρfl和Tfl仅反应燃烧的影响，而和由流动控制方程得到可反应当地高马赫数效应，因此认为该可压缩标度模型在火焰面数据库求得的进度变量源项基础上反映当地高马赫数效应；步骤4：求解进度变量源项的输运方程并更新流场变量；步骤5：计算过程重复执行步骤2到步骤4，直至迭代收敛。