【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請(qǐng)涉及空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種飛行器的數(shù)值仿真方法、系統(tǒng)、存儲(chǔ)介質(zhì)和電子設(shè)備。
技術(shù)介紹
1、超聲速民航飛機(jī)的氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)于國產(chǎn)大飛機(jī)的自主可控至關(guān)重要，民機(jī)數(shù)值仿真的瓶頸主要在于對(duì)湍流的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。相關(guān)研究表明，湍流90％的計(jì)算量集中在湍流粘性尺度的準(zhǔn)確模擬，而湍流的粘性尺度脈動(dòng)又主要集中在飛機(jī)近壁面。此外，民機(jī)繞流問題的高雷諾數(shù)和復(fù)雜幾何外形耦合，一方面導(dǎo)致數(shù)值仿真計(jì)算耗時(shí)，另一方面導(dǎo)致依賴商業(yè)軟件提供的復(fù)雜網(wǎng)格前處理生成技術(shù)。
2、復(fù)雜幾何外形民機(jī)在高雷諾數(shù)湍流條件下巡航，數(shù)值仿真的計(jì)算量大，現(xiàn)有超算技術(shù)無法承擔(dān)如此巨大的計(jì)算量。此外，傳統(tǒng)商業(yè)流體力學(xué)數(shù)值仿真軟件采用的貼體網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格結(jié)合的復(fù)雜幾何外形前處理技術(shù)，使得民機(jī)氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程70％以上的時(shí)間都花在網(wǎng)格生成。再者，民機(jī)繞流問題中，只有強(qiáng)梯度區(qū)域需要很密的網(wǎng)格，需要一種自適應(yīng)局部加密的技術(shù)來解決這個(gè)問題，避免全流場(chǎng)加密，浪費(fèi)不必要的計(jì)算資源。最后，湍流的數(shù)值模擬是多尺度的，dns(direct?numerical?simulation，直接數(shù)值模擬)技術(shù)可以將湍流的各個(gè)尺度全部模擬刻畫，但是計(jì)算代價(jià)太大，無法進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本申請(qǐng)的目的是提供一種飛行器的數(shù)值仿真方法、系統(tǒng)、存儲(chǔ)介質(zhì)和電子設(shè)備，能夠簡(jiǎn)化飛行器復(fù)雜幾何外形的網(wǎng)格生成過程，提高求解器的整體效率。
2、為解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N飛行器的數(shù)值仿真方法，具體技術(shù)方案如下：
3、檢測(cè)到仿真請(qǐng)
4、所述求解器用于執(zhí)行任務(wù)s1-s3以完成數(shù)值仿真：
5、其中，任務(wù)s1：應(yīng)用lbm隱式邊界力技術(shù)在笛卡爾坐標(biāo)中模擬所述飛行器的氣動(dòng)模擬；其中，粒子對(duì)流輸運(yùn)項(xiàng)采用顯式時(shí)間推進(jìn)，粒子碰撞項(xiàng)采用隱式時(shí)間推進(jìn)；
6、任務(wù)s2：利用局部加密網(wǎng)格對(duì)所述氣動(dòng)模擬進(jìn)行區(qū)域刻畫，得到流場(chǎng)特征；
7、任務(wù)s3：確定過濾尺度，利用壁面模型化大渦模擬技術(shù)在遠(yuǎn)離壁面的區(qū)域?qū)λ隽鲌?chǎng)特征中的大尺度湍流結(jié)構(gòu)進(jìn)行求解，并采用湍流模型模擬所述流場(chǎng)特征中的小尺度湍流脈動(dòng)信息。
8、可選的，所述應(yīng)用lbm隱式邊界力求解器技術(shù)在笛卡爾坐標(biāo)中執(zhí)行所述飛行器的氣動(dòng)模擬包括：
9、利用氣固兩相相函數(shù)將復(fù)雜幾何外形信息表示為飛行器外形填充信息，將基于拉格朗日點(diǎn)的飛行器表面的信息轉(zhuǎn)為飛機(jī)體積填充的場(chǎng)信息；其中，所述氣固兩相相函數(shù)中的固相表示飛行器，氣相表示所述飛行器周圍的流場(chǎng)；
10、計(jì)算在隱式時(shí)間推進(jìn)技術(shù)條件下，固壁面邊界條件對(duì)流體的約束。
11、可選的，還包括：
12、應(yīng)用氣固兩相相函數(shù)的輸運(yùn)方程光滑過渡所述氣固兩相相函數(shù)。
13、可選的，所述計(jì)算在隱式時(shí)間推進(jìn)技術(shù)條件下，固壁面邊界條件對(duì)流體的約束包括：
14、確定格子空間變量和笛卡爾空間變量之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系式；
15、確定格子空間的lbm粒子數(shù)概率密度分布函數(shù)的動(dòng)力學(xué)方程；
16、確定所述格子空間的lbm粒子離散速度矢量及其權(quán)函數(shù)的表達(dá)式。
17、可選的，確定格子空間的lbm粒子數(shù)概率密度分布函數(shù)的動(dòng)力學(xué)方程包括：
18、根據(jù)氣體運(yùn)動(dòng)粘度、湍流運(yùn)動(dòng)粘度和lbm音速確定lbm碰撞弛豫時(shí)間；
19、根據(jù)lbm粒子離散速度矢量以及權(quán)函數(shù)、lbm密度、lbm因素、流體微團(tuán)速度矢量確定平衡態(tài)lbm粒子數(shù)概率密度分布函數(shù)；
20、根據(jù)所述lbm粒子數(shù)概率密度分布函數(shù)、所述平衡態(tài)lbm粒子數(shù)概率密度分布函數(shù)和lbm碰撞弛豫時(shí)間確定粒子碰撞項(xiàng)；
21、可選的，所述利用局部加密網(wǎng)格對(duì)所述氣動(dòng)模擬進(jìn)行區(qū)域刻畫，得到流場(chǎng)特征包括：
22、確定自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化梯度標(biāo)準(zhǔn)；
23、利用所述求解器對(duì)1級(jí)amr網(wǎng)格胞元的各個(gè)子網(wǎng)格胞元點(diǎn)的梯度進(jìn)行計(jì)算，再次檢測(cè)1級(jí)amr網(wǎng)格胞元的各個(gè)子網(wǎng)格胞元點(diǎn)的梯度；
24、若存在子網(wǎng)格胞元點(diǎn)的梯度大于amr梯度標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步生成2級(jí)amr網(wǎng)格胞元，再次采用lbm流體求解器進(jìn)行計(jì)算，直至生成的子網(wǎng)格胞元點(diǎn)均滿足所述amr梯度標(biāo)準(zhǔn)。
25、可選的，所述求解器用于執(zhí)行任務(wù)s1-s3以完成數(shù)值仿真包括：
26、將所述任務(wù)s1分解為第一設(shè)定數(shù)量個(gè)第一子任務(wù)；所述第一設(shè)定數(shù)量與所述中央處理器數(shù)量相同；
27、在每個(gè)所述中央處理器上，將所述第一子任務(wù)分解為第二設(shè)定數(shù)量個(gè)第二子任務(wù)；所述第二設(shè)定數(shù)量與所述圖形處理器的數(shù)量相同。
28、本申請(qǐng)還提供一種飛行器的數(shù)值仿真系統(tǒng)，包括：
29、求解器組建模塊，用于檢測(cè)到仿真請(qǐng)求時(shí)，基于中央處理器和圖像處理器異構(gòu)加速組建求解器；所述求解器用于執(zhí)行任務(wù)s1-s3以完成數(shù)值仿真：
30、所述求解器組建模塊包括：
31、第一任務(wù)處理單元，用于執(zhí)行任務(wù)s1：應(yīng)用lbm隱式邊界力技術(shù)在笛卡爾坐標(biāo)中模擬所述飛行器的氣動(dòng)模擬；其中，粒子對(duì)流輸運(yùn)項(xiàng)采用顯式時(shí)間推進(jìn)，粒子碰撞項(xiàng)采用隱式時(shí)間推進(jìn)；
32、第二任務(wù)處理單元，用于執(zhí)行任務(wù)s2：利用局部加密網(wǎng)格對(duì)所述氣動(dòng)模擬進(jìn)行區(qū)域刻畫，得到流場(chǎng)特征；
33、第三任務(wù)處理單元，用于執(zhí)行任務(wù)s3：確定過濾尺度，利用壁面模型化大渦模擬技術(shù)在遠(yuǎn)離壁面的區(qū)域?qū)λ隽鲌?chǎng)特征中的大尺度湍流結(jié)構(gòu)進(jìn)行求解，并采用湍流模型模擬所述流場(chǎng)特征中的小尺度湍流脈動(dòng)信息。
34、本申請(qǐng)還提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上所述的方法的步驟。
35、本申請(qǐng)還提供一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器中存有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器調(diào)用所述存儲(chǔ)器中的計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上所述的方法的步驟。
36、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N飛行器的數(shù)值仿真方法，包括：檢測(cè)到仿真請(qǐng)求時(shí)，基于中央處理器和圖像處理器異構(gòu)加速組建求解器；所述求解器用于執(zhí)行任務(wù)s1-s3以完成數(shù)值仿真：其中，任務(wù)s1：應(yīng)用lbm隱式邊界力技術(shù)在笛卡爾坐標(biāo)中模擬所述飛行器的氣動(dòng)模擬；其中，粒子對(duì)流輸運(yùn)項(xiàng)采用顯式時(shí)間推進(jìn)，粒子碰撞項(xiàng)采用隱式時(shí)間推進(jìn)；任務(wù)s2：利用局部加密網(wǎng)格對(duì)所述氣動(dòng)模擬進(jìn)行區(qū)域刻畫，得到流場(chǎng)特征；任務(wù)s3：確定過濾尺度，利用壁面模型化大渦模擬技術(shù)在遠(yuǎn)離壁面的區(qū)域?qū)λ隽鲌?chǎng)特征中的大尺度湍流結(jié)構(gòu)進(jìn)行求解，并采用湍流模型模擬所述流場(chǎng)特征中的小尺度湍流脈動(dòng)信息。
37、本申請(qǐng)采用中央處理器和圖像處理器異構(gòu)加速的軟件架構(gòu)，所組建的求解器能夠有效提高數(shù)據(jù)計(jì)算效率。同時(shí)采用lbm隱式邊界力技術(shù)摒棄了民機(jī)復(fù)雜幾何外形采用貼體網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的前處理方式，大大簡(jiǎn)化前處理過程。同時(shí)提高了求解器的數(shù)值穩(wěn)定性和魯棒性，提高了工程應(yīng)用性。此外，所構(gòu)建的求解器摒棄了多塊網(wǎng)格技術(shù)，避免了多塊網(wǎng)格技術(shù)帶來的并行分塊計(jì)算荷載不平衡問題。在任務(wù)s3中采用壁面模型化大渦模擬本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種飛行器的數(shù)值仿真方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)值仿真方法，其特征在于，所述應(yīng)用LBM隱式邊界力求解器技術(shù)在笛卡爾坐標(biāo)中執(zhí)行所述飛行器的氣動(dòng)模擬包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)值仿真方法，其特征在于，還包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)值仿真方法，其特征在于，所述計(jì)算在隱式時(shí)間推進(jìn)技術(shù)條件下，固壁面邊界條件對(duì)流體的約束包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)值仿真方法，其特征在于，確定格子空間的LBM粒子數(shù)概率密度分布函數(shù)的動(dòng)力學(xué)方程包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)值仿真方法，其特征在于，所述利用局部加密網(wǎng)格對(duì)所述氣動(dòng)模擬進(jìn)行區(qū)域刻畫，得到流場(chǎng)特征包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)值仿真方法，其特征在于，所述求解器用于執(zhí)行任務(wù)S1-S3以完成數(shù)值仿真包括：
8.一種飛行器的數(shù)值仿真系統(tǒng)，其特征在于，包括：
9.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的飛行器的數(shù)值仿真方法的步驟。>
10.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器中存有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器調(diào)用所述存儲(chǔ)器中的計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的飛行器的數(shù)值仿真方法的步驟。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種飛行器的數(shù)值仿真方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)值仿真方法，其特征在于，所述應(yīng)用lbm隱式邊界力求解器技術(shù)在笛卡爾坐標(biāo)中執(zhí)行所述飛行器的氣動(dòng)模擬包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)值仿真方法，其特征在于，還包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)值仿真方法，其特征在于，所述計(jì)算在隱式時(shí)間推進(jìn)技術(shù)條件下，固壁面邊界條件對(duì)流體的約束包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)值仿真方法，其特征在于，確定格子空間的lbm粒子數(shù)概率密度分布函數(shù)的動(dòng)力學(xué)方程包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)值仿真方法，其特征在于，所述利用局部...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李青，潘翀，王將升，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：天目山實(shí)驗(yàn)室，
類型：發(fā)明
國別省市：
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