[发明专利]基于随体坐标系下的混合层厚度识别方法

说明书

本发明公开了一种基于随体坐标系下的混合层厚度识别方法，识别方法包括：导入流场数据；对流场数据进行均匀化处理，并标记流体域与非流体域；识别主动流与被动流，并分别追踪主动流与被动流的特征流线，确定混合区域的边界；建立的随体坐标系，并确定混合区域的积分路径集；对所有积分路径进行积分得到各积分路径的混合层厚度，即得到混合区域的沿程混合层厚度；筛选出混合层厚度前后增长或者减少异常的积分路径离散点并剔除；绘制混合层厚度沿流向的曲线图，完成混合层厚度的识别。本发明应用于流场混合领域，能够满足更加一般性的流场情况下的混合层厚度的计算要求，为流场分析、混合增压评估等应用提供更加准确的数据。

技术领域

本发明涉及流体力学中的流场混合技术领域，具体是一种基于随体坐标系下的混合层厚度识别方法。

背景技术

引射器、组合发动机等的混合层厚度是混合效果的典型考核指标，因此混合层厚度的识别在混合效率评估的中有重要作用，该类混合过程是典型的速度不平行，静压不匹配下的射流掺混过程。目前，研究混合过程，大多研究的是射流处于压力匹配状态的混合过程。混合层研究中通常采用速度混合层、动量混合层、涡量混合层和压力混合层等定义来描述混合层厚度。由于速度型的混合层依赖于混合层沿程速度剖面的相似性，处于压力匹配状态时，主动流(一次流，或者高速流)与被动流(二次流，或者低速流)初始混合时，两者是平行流动，不存在速度倾角，能够较好保证混合层的在笛卡尔坐标系下的速度型剖面沿程发展彼此相似，因此使用传统基于笛卡尔坐标系描述上述各类定义混合层厚度，可以获得较好的结果。

目前主要采用混合层厚度定义方法有：

1、平均速度厚度δ_b：考虑到高速度层和低速度层的速度分别为U₁和U₂，速度差为ΔU＝U₁-U₂，则速度厚度可定义为δ_b＝y_U0.9-y_U0.1，其中y_U0.9和y_U0.1为对应速度处横向的位置，这里U_0.9＝U₁-0.1ΔU，U_0.1＝U₁+0.1ΔU。

2、BrownRoshko在1974年提出涡量厚度δ_ω，为：

对法向动量守恒方程进行积分可以得到：

其中，y_max是对应于的位置；

将式(2)带入式(1)中可得到：

3、如图1所示的动量厚度δ_θ，为：

上述三种速度型混合层厚度定义基本是基于速度型的混合层定义。

使用传统基于笛卡尔坐标系描述上述基于速度型的各类定义混合层厚度，在描述主、被动流压力匹配混合时，即平行流混合时，速度型剖面沿程发展彼此相似，能够获得较好的结果。但对于带有速度倾角时，再用笛卡尔坐标下的定义去计算混合层时特别是基于速度型的混合层厚度时，显得并不合适，如图2所示，典型的主、被动流进行混合时有明显的速度角。同时在混合过程中存在如膨胀、压缩等耦合效应，使得混合区域的速度剖面并不像图1所示的速度剖面饱满，而是杂乱没有特定速度型，因此在非平行混合区域这样的速度剖面不再有沿有沿坐标变化自相似的特性。而传统的混合层厚度识别初始假设是控制体内速度平行，沿程发展的速度型彼此相似，图2中，会发现，沿程发展的混合层速度型剖面并不规则的，彼此之间也不相似，且沿坐标法向有不可忽视的速度分量，因此导致速度型定义的混合层厚度在该坐标系下描述非常不准确。