(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211125604.X (22)申请日 2022.09.16 (71)申请人 中国空气动力研究与发展中心计算 空气动力研究所 地址 621052 四川省绵阳市涪城区二环路 南段6号 (72)发明人 杨肖峰　蔡兴考　杜雁霞　刘磊　 肖光明　魏东　桂业伟　 (74)专利代理 机构 成都九鼎天元知识产权代理 有限公司 51214 专利代理师 张杰 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/12(2006.01) G16C 20/10(2019.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 高速流场非平衡度快速判断方法、 设备及介 质 (57)摘要 本发明公开了一种高速流场非平衡度快速 判断方法、 设备及介质， 其中判断方法包括以下 步骤： 根据 自由来流条件， 通过化学反应气体混 合物满足化学平衡的Rankine ‑Hugoniot激波关 系式计算激波后流动参数； 基于激波后流动参数 结合气体组分的化学反应速率及振动特征尺度 相关系数得出高超声速流动特征时间、 化学反应 特征时间和分子振动激发特征时间； 计算高超声 速流动特征时间与化学反应特征时间之比记为 Damokhler数， 以判断高速流场的化学非平衡特 性； 计算高超声速流动特征时间与分子振动激发 特征时间之比记为振动数， 以判断热力学非平衡 特性。 本发明适用于多种气体介质的高速流场， 能有效满足多介质适配、 简捷快速等要求。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115203989 A 2022.10.18 CN 115203989 A 1.一种高速流场非平衡度快速判断方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： a.根据自由来流条件， 通过化学反应气体混合物满足化学平衡的Rankine ‑Hugoniot激 波关系式计算激波后流动参数； b.基于步骤a获得的所述激波后流动参数结合气体组分的化学反应速率及振动特征尺 度相关系数 得出高超声速流动特 征时间、 化学反应特 征时间和分子振动激发特 征时间； c.基于步骤b的结果， 计算所述高超声速流动特征时间与所述化学反应特征时间之比， 记为Damokhler数； 计算所述高超声速流动特征时间与所述分子振动激发特征时间之比， 记 为振动数； d.通过Damokhler数来判断高速流场的化学非平衡特性： 当激波层内化学反应越快 时， 特征时间越短， Damokhler数趋近于无穷， 流动处于化学平衡状态； 当Damokhler数为小于阈 值的有限值时， 流动处于化学非平衡状态； 当激波层内化学反应越慢时， Damokhler数趋近 于零， 流动处于化学冻结状态； 通过振动数来判断高速流场的热力学非平衡特性： 当振动数 趋近于无穷时， 流动处于热力学平衡状态； 当振动数为小于阈值的有限值时， 流动处于热力 学非平衡 状态； 当振动数趋 近于零时， 流动处于热力学冻结状态。 2.根据权利要求1所述的高速流场非平衡度 快速判断方法， 其特征在于， 步骤a中， 通过 化学反应气体混合物满足化学平衡的Rankine ‑Hugoniot激波关系式计算激波后流动参数 的守恒方程如下： 式中ρ∞表示来流密度， V∞表示来流速度， p∞表示来流压力， h∞表示来流显焓， 表示 来流生成焓； ρ2表示激波后气流密度， V2表示激波后气流速度， p2表示激波后气流压力， h2表 示激波后气流显焓， 表示激波后气流 生成焓。 3.根据权利要求2所述的高速流场非平衡度 快速判断方法， 其特征在于， 激波后 流动参 数由所述守恒方程通过迭代求解来获得， 其中激波前后气 体混合物各组分的质量分数由化 学反应平衡 常数和当地温度通过内部迭代求解 获得， 来流显焓、 来流生成焓、 激波后 气流显 焓及生成焓根据气体模型由温度求得。 4.根据权利要求3所述的高速流场非平衡度 快速判断方法， 其特征在于， 步骤b中， 高超 声速流动特 征时间、 化学反应特 征时间和分子振动激发特 征时间的计算公式如下：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115203989 A 2式中τf表示高超声速流动特征时间， τc表示化学反应特征时间， τv表示分子振动 激发特 征时间，δ为气流偏转角， RN为常数，M为气体相对分子质量， kf为化学反应速率， T2为激波后 静温，C1和C2为振动特 征尺度相关系数， 通过实验测得。 5.根据权利要求4所述的高速流场非平衡度快速判断方法， 其特征在于， 步骤c中， Damokhler数和振动数的计算公式如下： 式中Da表示Damo khler数， Vi表示振动数。 6.一种计算机设备， 包括存储器和处理器， 所述存储器存储有计算机程序， 其特征在 于， 所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1 ‑5任一项所述的高速流场 非平衡度 快速判断方法的步骤。 7.一种计算机可读存储介质， 存储有计算机程序， 其特征在于， 所述计算机程序被处理 器执行时实现权利要求1 ‑5任一项所述的高速流场非平衡度快速判断方法的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115203989 A 3