【技术实现步骤摘要】
一种化学非平衡气体热力学平衡能量体系改进方法及系统
[0001]本专利技术涉及空气动力学
,尤其涉及一种化学非平衡气体热力学平衡能量体系改进方法及系统
。
技术介绍
[0002]空气动力学中常采用达姆科勒数
Da
判断高超化学反应流动的特征
。Da
在数值上等于流动特征时间(流体微元在流场中的停滞时间)与化学反应特征时间(化学反应达到平衡态所需要的时间)的比值
。Da>>1
的流动称为化学平衡流,它表示流体微元在流场中停滞时间比较长,混合气体中各组分有足够的时间进行化学反应,并且达到局部平衡状态
。Da<<1
的流动称为化学冻结流,它表示流体微元在流场中停滞时间比较短,混合气体中各组分在发生化学反应之前已经离开了流场
。Da
接近1的流动称为化学非平衡流,它表明流体微元在流场中的停滞时间与化学反应特征时间处于同一量级,此时流体微元一边随流动前进,一边同时发生化学反应,但不能达到平衡状态,而以有限速率进行着化学反应
。
事实上,真实的流场中同时存在以上三种状态,很难具体区分
。
因此,工程上采用化学非平衡描述全部计算域的流动状态,化学平衡和冻结流可视为化学非平衡流动的两个极限状态
。
[0003]化学非平衡流动是高超工程型号数值应用研究较多的一种流动问题,其高焓气体热力学能量参数的计算模式主要有两类,包括基于热力学温度模型假
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.
一种化学非平衡气体热力学平衡能量体系改进方法,其特征在于,包括:热力学能量参数计算采样:采用基于热力学温度模型的分子动理论方法计算各空气组元的热力学能量参数,得到比热和内能值分布;分段拟合温度区间重划分:根据各空气组元的热力学能量参数分布特点对
Chemkin
拟合方法第一级和第二级分段函数适用的温度区间重新进行划分,建立非统一的分段拟合形式;分段拟合多项式系数重构:以分子动理论方法计算得到的比热和内能值为插值模板数据,采用数学逼近方法重构各空气组元的分段拟合多项式系数,得到经过改进和校正的分段拟合多项式模型及其系数集合;低温区热力学能量参数计算修正:基于完全气体设定建立低温区间热力学能量参数的线性计算式,得到拟合多项式适用温度范围以外的低温区热力学能量参数计算修正形式;热力学平衡能量体系改进方法应用及化学非平衡流场获取:在热力学单温度模型求解器中,基于已得到的分段拟合多项式模型和低温区热力学能量参数计算修正形式,计算混合气体的热力学能量参数,应用在数值迭代过程中更新流场的相关参数,直至满足流场收敛条件时获得最终所需的化学非平衡稳态流动参数分布
。2.
根据权利要求1所述的一种化学非平衡气体热力学平衡能量体系改进方法,其特征在于,在所述分段拟合多项式系数重构中,先以分子动理论方法计算得到的比热为核心插值对象构建拟合多项式的前5个系数
a1~a5,再以分子动理论方法计算得到的内能值为基准确定拟合多项式的最后一个系数
a6。3.
根据权利要求2所述的一种化学非平衡气体热力学平衡能量体系改进方法,其特征在于,在所述低温区热力学能量参数计算修正中,对低于
50K
的低温区间采用线性关系式构建各组元的热力学能量参数计算形式
。4.
根据权利要求3所述的一种化学非平衡气体热力学平衡能量体系改进方法,其特征在于,所述各组元的热力学能量参数计算形式包括:其中,
c
v,i
(T)、c
p,i
(T)
分别表示对应温度条件下空气组元
i
的定容比热值和定压比热值,
e
i
(T)、h
i
(T)
分别表示对应温度条件下空气组元
i
的比内能值和焓值,
R=8.314J/mol
为普适气体常数,
M
i
为空气组元
i
的分子量,
T
为温度,
T
const
=50K
为常值温度,
h
0,i
为空气组元
i
的生成焓
。5.
根据权利要求1所述的一种化学非平衡气体热力学平衡能量体系改进方法,其特征在于,在所述热力学平衡能量体系改进方法应用及化学非平衡流场获取中,针对化学非平
衡流动控制方程采用
LU
‑
SGS
数值格式进行离散和迭代求解,当平均残差趋于平稳或达到最大迭代步数时视为流场计算收敛,从而获得化学非平衡稳态流动参数
。6.
一种化学非平衡气体热力学平衡能量体系改进系统,其特征在于,包括:...
【专利技术属性】
技术研发人员:李鹏,梅杰,江涛,丁明松,陈坚强,刘庆宗,高铁锁,董维中,张凡,刘婉,于新童,
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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