超高雷諾數下的SST湍流預測模型生成方法及相關設備

本發明屬于流體力學，尤其涉及一種超高雷諾數下的sst湍流預測模型生成方法及相關設備。

背景技術：

1、在航空航天領域，飛行器表面和周圍氣流之間互作用常常會產生湍流邊界層，湍流邊界層的存在對飛行器的性能產生多方面的影響。首先，湍流邊界層中的摩擦力會對飛行器表面施加阻力，從而降低飛行器的速度和效率。其次，湍流邊界層中的速度分布對流動的穩定性產生重要影響，可能導致飛行器表面的氣流分離和渦旋形成，進一步影響飛行器的穩定性和操縱性。此外，湍流邊界層中的散熱也是飛行器設計時需要考慮的重要因素之一。因此，模擬湍流邊界層流動對于優化飛行器至關重要。

2、目前，主要是基于雷諾平均方法求解平均流的控制方程和引入湍流模型來封閉方程組，從而得到初始sst（shear?stress?transfer，剪切應力傳輸）湍流預測模型，以模擬湍流邊界層流動。

3、但是，在超高雷諾數下，湍流邊界層脈動流動往往不是簡單的疊加或平均效應，而是包含了復雜的動力學過程。雷諾平均方法求解平均流的控制方程過程中對湍流流動進行時間平均處理時，模化了復雜的動力學過程。因此，初始sst湍流預測模型在超高雷諾數下可能無法精確捕捉到湍流邊界層中的流動情況，導致不能準確模擬湍流邊界層流動。

技術實現思路

1、鑒于上述問題，本技術提出一種超高雷諾數下的sst湍流預測模型生成方法及相關設備。為了解決在超高雷諾數下，模擬湍流邊界層流動不準確的問題，具體方案如下：

2、本技術第一方面提供一種超高雷諾數下的sst湍流預測模型生成方法，包括：

3、確定第一飛行器的動量厚度雷諾數與剪切摩擦雷諾數之間的函數關系式，所述第一飛行器為不可壓縮層流邊界層中的飛行器；

4、以所述剪切摩擦雷諾數作為所述函數關系式的自變量，計算得到雷諾數修正函數；

5、計算湍流邊界層的有效長度尺度，并利用所述有效長度尺度構建所述有效長度尺度的雷諾數；

6、利用所述有效長度尺度的雷諾數替換所述雷諾數修正函數中的所述動量厚度雷諾數，得到目標雷諾數修正函數；

7、在預先確定的初始sst湍流預測模型的修正項中加入所述目標雷諾數修正函數，從而生成超高雷諾數下的sst湍流預測模型。

8、在一種可能的實現中，所述確定第一飛行器的動量厚度雷諾數與剪切摩擦雷諾數之間的函數關系式，包括：

9、獲取所述第一飛行器的壁面摩擦速度與來流雷諾數之間的第一關系式、分子動力粘性系數與溫度之間的第二關系式、密度與所述溫度之間的第三關系式，以及動量雷諾數與流向雷諾數之間的第四關系式；

10、對所述第一關系式、所述第二關系式、所述第三關系式和所述第四關系式進行聯立，得到所述第一飛行器的所述動量厚度雷諾數與所述剪切摩擦雷諾數之間的所述函數關系式。

11、在一種可能的實現中，所述計算湍流邊界層的有效長度尺度，包括：

12、獲取所述湍流邊界層的渦量表達式、流動動能、湍動能和比耗散率；

13、基于所述渦量表達式、所述流動動能、所述湍動能和所述比耗散率，計算得到所述湍流邊界層的有效長度尺度。

14、在一種可能的實現中，所述初始sst湍流預測模型的修正項的確定過程包括：

15、獲取第二飛行器的來流工況和外型信息，所述第二飛行器為可壓縮湍流邊界層中的飛行器；

16、基于所述第二飛行器的所述來流工況和所述外型信息，對湍流邊界層流動進行直接數據模擬，得到所述第二飛行器在各個所述動量厚度雷諾數下的湍流邊界層計算值；

17、將各個相同所述動量厚度雷諾數下的所述初始sst湍流預測模型預測的湍流邊界層預測值與湍流邊界層計算值進行對比，確定所述初始sst湍流預測模型的修正項。

18、在一種可能的實現中，所述湍流邊界層計算值包括湍流渦粘性系數計算值和湍流耗散率計算值；

19、所述將各個相同所述動量厚度雷諾數下的所述初始sst湍流預測模型預測的湍流邊界層預測值與湍流邊界層計算值進行對比，確定所述初始sst湍流預測模型的修正項，包括：

20、將各個相同所述動量厚度雷諾數下的所述初始sst湍流預測模型預測的湍流渦粘性系數預測值與所述湍流渦粘性系數計算值進行對比，得到第一對比結果；

21、將各個相同所述動量厚度雷諾數下的所述初始sst湍流預測模型預測的湍流耗散率預測值與所述湍流耗散率計算值進行對比，得到第二對比結果；

22、將所述第一對比結果和所述第二對比結果中差距大的對比結果對應所述初始sst湍流預測模型的數據作為所述初始sst湍流預測模型的修正項。

23、在一種可能的實現中，所述湍流邊界層計算值還包括摩擦阻力計算值；

24、在所述在預先確定的初始sst湍流預測模型的修正項中加入所述目標雷諾數修正函數，確定超高雷諾數下的sst湍流預測模型之后，所述方法還包括：

25、利用所述超高雷諾數下的sst湍流預測模型對所述第二飛行器進行預測，得所述第二飛行器在各個所述動量厚度雷諾數下的摩擦阻力預測值；

26、將各個相同所述動量厚度雷諾數下的所述摩擦阻力預測值與所述摩擦阻力計算值進行對比，得到第三對比結果，所述第三對比結果用于指示所述超高雷諾數下的sst湍流預測模型的精度。

27、本技術第二方面提供一種超高雷諾數下的sst湍流預測模型生成裝置，包括：

28、確定單元，用于確定第一飛行器的動量厚度雷諾數與剪切摩擦雷諾數之間的函數關系式，所述第一飛行器為不可壓縮層流邊界層中的飛行器；

29、計算單元，用于以所述剪切摩擦雷諾數作為所述函數關系式的自變量，計算得到雷諾數修正函數；

30、構建單元，用于計算湍流邊界層的有效長度尺度，并利用所述有效長度尺度構建所述有效長度尺度的雷諾數；

31、替換單元，用于利用所述有效長度尺度的雷諾數替換所述雷諾數修正函數中的所述動量厚度雷諾數，得到目標雷諾數修正函數；

32、生成單元，用于在預先確定的初始sst湍流預測模型的修正項中加入所述目標雷諾數修正函數，從而生成超高雷諾數下的sst湍流預測模型。

33、本技術第三方面提供一種計算機程序產品，包括計算機可讀指令，當所述計算機可讀指令在電子設備上運行時，使得所述電子設備實現上述第一方面或第一方面任一實現方式的超高雷諾數下的sst湍流預測模型生成方法。

34、本技術第四方面提供一種電子設備，包括至少一個處理器和與所述處理器連接的存儲器，其中：

35、所述存儲器用于存儲計算機程序；

36、所述處理器用于執行所述計算機程序，以使所述電子設備能夠實現上述第一方面或第一方面任一實現方式的超高雷諾數下的sst湍流預測模型生成方法。

37、本技術第五方面提供一種計算機存儲介質，所述存儲介質承載有一個或多個計算機程序，當所述一個或多個計算機程序被電子設備執行時，能夠使所述電子設備上述第一方面或第一方面任一實現方式的超高雷諾數下的sst湍流預測模型生成方法。

38、基于上述技術方案，本發明提供的一種超高雷諾數下的sst湍流預測模型生成方法及相關設備，在確定不可壓縮層流邊界層中的飛行器的動量厚度雷諾數與剪切摩擦雷諾數之間的函數關系式之后，以剪切摩擦雷諾數作為函數關系式的自變量，計算得到雷諾數修正函數。動量厚度雷諾數是預測流體特性的重要參考，但是動量厚度雷諾數難以直接得到，因此利用有效長度尺度的雷諾數替換雷諾數修正函數中的動量厚度雷諾數，得到目標雷諾數修正函數，有效長度尺度描述了湍流邊界層流動的實際特性，通過引入有效長度尺度可以準確捕捉湍流邊界層中的流動細節和特性，在預先確定的初始sst湍流預測模型的修正項中加入目標雷諾數修正函數，從而生成超高雷諾數下的sst湍流預測模型，該模型能夠更好地捕捉湍流邊界層中的流動情況，提高了模擬的準確性。