【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空气动力学，具体涉及一种化学非平衡流动源项自适应松弛迭代方法。
技术介绍
1、本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
2、在高速飞行条件下，飞行器外部绕流高温激波层内存在气体离解、电离、复合、交换等复杂化学反应过程，并与高速流动相互干扰，形成多物理效应耦合的复杂流动现象，文献中称这种流动现象为化学非平衡效应。
3、在计算流体力学（computational fluid dynamics, cfd）中，化学非平衡效应的流动控制方程是耦合经典纳维-斯托克斯（navier-stokes, n-s）方程与多组分连续性方程的复杂方程体系，由于各种化学基元反应的时间分布范围广、跨度大，流动特征时间与化学反应特征时间存在数量级差异，因此计算方程具有很强的数值刚性，严重影响迭代求解的数值稳定性和收敛计算效率，在工程仿真应用中面临严峻的“cfl数（库朗数）取不大”、“发散算不了”和“中断重计算”等模拟难题。为了保证计算鲁棒性，往往cfl数取值较小，但计算收敛所需总迭代步数增加，总耗时较长；反之，为了提升计算效率，往往cfl数取值较大，但容易残差发散，面临计算中断重启问题。因此，平衡“数值稳定性”与“收敛计算效率”的矛盾冲突，提升计算鲁棒性和收敛性等工程实用能力一直是化学非平衡cfd方法研究的热点和努力方向之一。
4、目前，隐式时间推进方法（如lu-sgs隐式格式）是解决“数值稳定性”与“收敛计算效率”矛盾问题的主流cfd方法，为众多工业cfd流动仿真软件所广泛采用。隐式
5、由上述分析可知，主流的常规源项点隐式方法仍存在缺陷，未能完全适用各种极端条件下的化学非平衡流动情形，具有应用局限，有必要研究和发展更为普适和鲁棒的化学非平衡流数值模拟方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：针对高速化学非平衡流动的cfd计算过程，本专利技术提出一种化学非平衡流动源项自适应松弛迭代方法，采用化学源项雅可比矩阵主对角线元素中最大值与最小值的比值构建源项松弛因子，同时将源项松弛因子作为化学源项雅可比近似对角矩阵的调节系数加入常规点隐式迭代格式，通过源项松弛因子自适应调整缓解拟线化迭代方程的病态特性，在不影响常规源项点隐式方法计算效率的基础上，提升应对极端复杂流动模拟问题的计算鲁棒性。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种化学非平衡流动源项自适应松弛迭代方法，包括：
4、步骤s1：在源项计算中，获取和存储化学源项雅可比矩阵主对角线元素，构建化学源项雅可比近似对角矩阵；
5、步骤s2：基于步骤s1获取的化学源项雅可比矩阵主对角线元素预估化学非平衡流动特征，构建源项松弛因子；
6、步骤s3：在对角矩阵计算中，将源项松弛因子作为化学源项雅可比近似对角矩阵的调节系数加入常规点隐式迭代格式，构建源项自适应松弛迭代新形式。
7、进一步地，所述化学源项雅可比近似对角矩阵为：
8、
9、式中：
10、为化学源项雅可比近似对角矩阵；
11、为偏导数算子符号；
12、为化学源项，表示转置，为第个气体组元对应的化学源项；
13、为守恒量，
14、为第个气体组元对应的守恒量；
15、为化学源项雅可比矩阵中的第个气体组元对应的主对角线元素；
16、为化学源项雅可比矩阵中第个气体组元对应的主对角线元素；
17、为气体组元总个数；
18、为克罗内克尔符号；
19、为第 j个气体组元对应的守恒量。
20、进一步地，所述源项松弛因子的具体构造式为：
21、
22、式中：
23、为源项松弛因子；
24、表示网格坐标系的方向，；
25、、分别为控制体单元在对应网格方向上的对流通量雅可比矩阵和粘性通量雅可比矩阵的谱半径，的组合表示控制体单元在网格中的序号坐标；
26、、分别为化学源项雅可比矩阵主对角线元素的最小值和最大值。
27、进一步地，所述源项自适应松弛迭代新形式为：
28、
29、式中：
30、表示临时守恒量增量；
31、表示对角矩阵；
32、为计算右端项；
33、表示当前时刻；
34、表示下三角矩阵；
35、表示当前时刻的守恒量增量；
36、表示上三角矩阵。
37、进一步地，对角矩阵的具体形式为：
38、
39、式中：
40、为控制体单元的体积；
41、为当前时刻的时间步长；
42、表示单位矩阵。
43、进一步地，上、下三角矩阵的具体形式分别为：
44、
45、
46、式中：
47、 i、 j、 k表示控制体单元在网格坐标系对应方向上的序号，其组合表示控制体单元在网格中的序号坐标；
48、、、、、、分别为 i、 j、 k方向上相邻控制体单元在当前时刻的守恒量增量；
49、、、、、、分别为 i、 j、 k方向上相邻控制体单元的对流通量雅可比矩阵；相应地，、、、、、分别为对流通量雅可比矩阵的谱半径；
50、、、、、、分别为 i、 j、 k方向上相邻控制体单元的粘性通量雅可比矩阵，相应地，、、、、、分别为粘性通量本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种化学非平衡流动源项自适应松弛迭代方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种化学非平衡流动源项自适应松弛迭代方法，其特征在于，所述化学源项雅可比近似对角矩阵为：
3.根据权利要求1所述的一种化学非平衡流动源项自适应松弛迭代方法，其特征在于，所述源项松弛因子的具体构造式为：
4.根据权利要求1所述的一种化学非平衡流动源项自适应松弛迭代方法，其特征在于，所述源项自适应松弛迭代新形式为：
5.根据权利要求4所述的一种化学非平衡流动源项自适应松弛迭代方法，其特征在于，对角矩阵的具体形式为：
6.根据权利要求4所述的一种化学非平衡流动源项自适应松弛迭代方法，其特征在于，上、下三角矩阵的具体形式分别为：
【技术特征摘要】
1.一种化学非平衡流动源项自适应松弛迭代方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种化学非平衡流动源项自适应松弛迭代方法，其特征在于，所述化学源项雅可比近似对角矩阵为：
3.根据权利要求1所述的一种化学非平衡流动源项自适应松弛迭代方法，其特征在于，所述源项松弛因子的具体构造式为：
4.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，刘健，丁明松，陈坚强，江涛，梅杰，郭永恒，何琨，许勇，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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