(19)中华 人民共和国 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 202111482349.X (22)申请日 2021.12.07 (71)申请人 上海交通大 学四川研究院 地址 610213 四川省成 都市成都科学城天 府菁蓉中心 A区10号楼二楼 (72)发明人 张斌　刘洪　韩旭　吕志远　 (74)专利代理 机构 成都瑞创华盛知识产权代理 事务所 (特殊普通合伙) 51270 代理人 辜强 (51)Int.Cl. G16C 10/00(2019.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 17/13(2006.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种构建自适应反应机理模拟超声速燃烧 流动的方法 (57)摘要 本发明提供一种构建自适应反应机理模拟 超声速燃烧流动的方法， 该方法包括步骤： (1)使 用全局敏感度分析得到需要修正的基元反应指 前因子； (2)使用分区算法对热力学状态空间进 行划分： (3)在划分好的区域的基础上， 构建自适 应反应机理库； (4)自适应反应机理库的存储和 检索； (5)根据自适应反应机理库模拟超声速燃 烧流动。 本发明生成了保持组分、 基元反应不变 的自适应 反应机理， 使 得自适应机理可以直接耦 合到CFD程序中， 而无需修改原始程序的化学反 应程序， 易于推广使用。 相对于使用单个简化机 理的CFD系统， 考虑自适应反应机理的C FD系统在 模拟流动燃烧问题时， 可 以减少计算时间， 提高 计算精度。 权利要求书2页 说明书14页 附图11页 CN 114171127 A 2022.03.11 CN 114171127 A 1.一种构建自适应反应机理模拟超声速燃烧流动的方法， 其特征在于， 该方法包括步 骤： (1)使用全局敏感度分析 得到需要修 正的基元反应指前因子； (2)使用分区算法对热力学状态空间进行划分： (3)在划分好的区域的基础上， 构建自适应反应机理库； (4)自适应反应机理库的存 储和检索； (5)根据自适应反应机理库模拟超声速 燃烧流动。 2.根据权利要求1所述的一种构建自适应反应机理模拟超声速燃烧流动的方法， 其特 征在于， 步骤(1)具体为： 使用全局敏度方法评估计算得到的点火延迟时间对基元反应指前 因子的全局敏度系 数， 而后调整简化机理的基元反应的指前因子， 使调整后的简化机理在 选取的状态点上计算得到的延迟时间与详细机理计算得到的点火延迟时间一致； 所述的延 迟时间是零 维点火模型下化学机理的计算参数， 所述的零维点火模型是一种简化的二维化 学反应多组分欧拉方程组。 3.根据权利要求2所述的一种构建自适应反应机理模拟超声速燃烧流动的方法， 其特 征在于， 所述的简化的二 维化学反应多组分欧拉方程组是在不考虑 粘性的情况下用于描述 燃烧流动问题的控制方程 ， 由 质量守恒、 动量守恒、 能量守恒三个部分构成 ， 其中， 方程组中U表示守恒量， E， F分别表示x方向和y方向的通量， S表示化 学反应源项， 具体形式为 其 中， ρ， P， e分别代表气体的密度， 压力和比内能， u， v分别代表x方向和y方 向的速度， ns表示 组分的数目， ρi表示第i种组分的密度， σi表示第i种组分的质量 生成速率。 4.根据权利要求3所述的一种构建自适应反应机理模拟超声速燃烧流动的方法， 其特 征在于， 所述点火延迟时间的定义为： 对零维点火控制方程 进行求解， 将横 坐标设置为时间， 纵坐标设置为温度， 得到的温度 ‑时间曲线即为点火曲线， 在点火曲线 上， 每一个时刻对应一个温度梯度， 其定义为 离散表达形式为 tg表示温度梯度， tg(n)表示第n个时刻的温度梯度， T(t(n))表示第n个时刻的温度， Δt表示 计算控制方程所使用的时间步长， 在点火曲线中， 定义点火延迟时间为温度梯度最大 的位 置所对应的时刻。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114171127 A 25.根据权利要求2所述的一种构建自适应反应机理模拟超声速燃烧流动的方法， 其特 征在于， 所述的全局敏度系数具体为： 考虑如下n个输入变量的数学模型， 用向量x代表n个 输入变量， 标量y代表输出， y＝f(x),x∈Kn， 输入x定义在n维单位立方体Kn上， 对f(x)做 Sobol分解， 即对f(x)进行多项式展开， 展开为自变量函数， 当f(x)在Kn上可积时， 展开形式 唯一： 其中： 展开的多项式满足 {i1， ...， is}≠{j1， ...js}， 代表对除了xi外的变量进行积分， 代表对 除了xi和xj外的变量进行积分， 代表对除了xi外的变量进行积分， 代表 对除了xi和xj外的变量进行积分。 6.根据权利要求1所述的一种构建自适应反应机理模拟超声速燃烧流动的方法， 其特 征在于， 步骤(2)具体为： 首先在状态空间中均匀选取状态点， 使状态点可以覆盖整个状态 空间， 并在这些状态点上分别计算简化机理和详细机理的点火延迟时间， 构建点火延迟时 间响应面， 之后使用三线性插值的方法计算状态空间内任意一点的点火延迟时间， 在预划 分的子区域中评估简化机理和详细机理零维点火延迟时间的差异， 迭代划分反应区域， 直 至两者差异满足要求。 7.根据权利要求6所述的一种构建自适应反应机理模拟超声速燃烧流动的方法， 其特 征在于， 所述的评估简化机理和详细机理零维点火延迟时间的差异是指： 在状态空间各区 域内， 计算各区域 自定义相对误差参数Re， Re表征衡量子区域内简化机理和详细机理零维 点火延迟时间误差的最大相对变化量； 区域中 其中 指的是子区域中心点代表的状态， 指的是子区域内任意一点所代 表的状态， igtd为详细机理的点火延迟时间， igts是简化机理的点火延迟时间。 8.根据权利要求1所述的一种构建自适应反应机理模拟超声速燃烧流动的方法， 其特 征在于， 步骤(3)具体为： 通过修正全局敏度分析中选取的简化机理的基元反应指前 因子以 构建自适应反应机理库， 先实现单个状态点上 的机理生成， 得到划分好的各区域的中心点 的指前因子的调整倍数， 后 实现状态空间上 的机理生成； 所述的单个状态点上 的机理生成 是指： 在热力学状态空间中任选一个状态点 并在该状态点上调整参数， 生成反应 机理； 所述的状态空间上 的机理生成是指： 在已知有限个样本点的坐标和此样本点的的反 应机理的基础上， 使用插值算法实现使用有限个样本点求状态空间内任意一点的自适应反 应机理。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114171127 A 3