[发明专利]一种基于主动调控热源的二维对流热隐身斗篷设计方法

权利要求书

1.一种基于主动调控热源的二维对流热隐身斗篷设计方法，包括：

步骤S100：建立三维坐标系x-y-z并确定该坐标系所围区域为设计区域；将热源分布区域z＝0平面划分为Z1、Z2和Z3区，其中，Z2区和Z3区为热源区，Z1不做处理；将流体表面区域z＝L₅+L₆平面划分为Z4、Z5和Z6区，其中Z4区为被隐区域，Z5和Z6区为过渡区，其余区域为背景区域，L₅为液面厚度，L₆为流道底板厚度；Z4区温度和Z6区外边界温度分别用来构建Z2区和Z3区伴随问题的边界条件，从而参与计算Z2和Z3区的热源强度值；

步骤S200：计算流场速度和流场背景温度T_g；

步骤S300：结合Z2区和Z3区热源强度值迭代更新后的值求解Z2区热源的直接问题获得全设计区域温度场T_c；求解Z2区热源的伴随问题以获得拉格朗日乘数分布；求解Z2区目标函数的导数、共轭系数、热源迭代方向系数及敏感度问题；求解Z2区热源迭代步长，并更新Z2区热源分布；

步骤S400：求解Z2区热源目标函数，若该函数值足够小到满足用户需要的精度，则进行下一步；否则返回步骤S300进行新一轮计算；

步骤S500：将Z2和Z3区热源强度值迭代更新后的值代入Z3区热源的直接问题方程，更新全设计区域温度场T_c；求解Z3区热源的伴随问题以获得拉格朗日乘数分布；求解Z3区目标函数的导数、共轭系数、热源迭代方向系数及敏感度问题；求解Z3区热源迭代步长，并更新Z3区热源分布；

步骤S600：求解Z3区热源目标函数，若该函数值足够小到满足用户需要的精度，则进行下一步；否则返回步骤S500进行新一轮计算；

步骤S700：求解Z2和Z3区的复合目标函数，若该函数值足够小到满足用户需要的精度，则输出Z2和Z3区热源，对其进行局部均匀化；否则返回步骤S300进行新一轮计算。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在流场充分发展段，所述流场速度在x方向无变化量，只需计算一个流场截面内的速度，在流场截面内建立二维坐标系x′-y′，控制方程如下：

其中，η为流体动力粘度，v为流场速度，P为出入口压力差，z′为垂直截面方向；

将流体和固体底板整体作为一个求解域，所述计算流场背景温度T_g的稳态无热源热对流扩散控制方程为：

其中，对于固体底板，速度v为0，对于流体，速度v为步骤S200计算所得流场速度，ρ为求解域的密度，c_P为比热容，k为导热系数，T为求解域温度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述求解Z2区热源的直接问题控制方程为：

其中，对于固体底板，速度v为0，对于流体，速度v为步骤S200计算所得流场速度，ρ为求解域的密度，c_P为比热容，k为导热系数，T为求解域温度；在Z2区和Z3区的边界条件设为热流边界，强度为Z2区和Z3区更新后的热源强度值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Z2区热源的伴随问题的控制方程为：

其中，对于固体底板，速度v为0，对于流体，速度v为步骤S200计算所得流场速度，ρ为求解域的密度，c_P为比热容，k为导热系数，λ为拉格朗日乘数；

在Z4区边界处设定边界条件为：

其中，T_re为被隐区域Z4所需的温度，该温度由用户决定；T_c为步骤S300直接问题计算所得温度场。