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申请/专利权人：北京航空航天大学

摘要：本发明涉及一种高超声速层和湍流边界层通用的摩阻热流快速预测方法，属于流体力学技术领域。解决了现有技术中的无法快速及准确的预测高超声速湍流和层流边界层壁面摩阻和热流的问题。在高超声速湍流边界层的数值模拟中，本发明所提出的壁模型方法能够有效考虑壁面的冷却效应，壁面热流和摩阻的预测精度相比现有壁模型显著提高，因此可以显著放宽壁面法向第一层网格的高度，大幅度提高了数值模拟效率。另外，本发明的壁模型能够用于高超声速湍流边界层数值模拟中热流和摩阻的快速准确计算，还能用于高超声速层流边界层，便于植入CFD程序，当流场中即有湍流边界层又有层流边界层时也能够使用。

主权项：1.一种高超声速层和湍流边界层通用的摩阻热流快速预测方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1：构建高超声速层流和湍流边界层的速度-温度关系模型和近壁解析速度壁面律；基于所述速度-温度关系模型和解析速度壁面律获得用于预测高超声速层流和湍流边界层壁面摩阻热流的壁模型；其中，高超声速层流湍流边界层的速度-温度关系模型的表达式为： 式中，T表示环境温度；Tw表示壁面温度；Trg表示广义恢复温度；u表示流向速度；ue表示边界层外缘流向速度；Te表示边界层外缘温度；在高超声速层流湍流边界层的速度-温度关系模型中引入广义恢复因子rg获得高超声速层流和湍流边界层的有效速度-温度关系模型，表达式为： 其中，rg表示广义恢复因子；cp表示定压比热容；近壁解析速度壁面律的表达式为： 其中，y+表示壁面的第一层网格高度；表示无量纲修正速度；e表示欧拉数；κ表示卡门常数；B表示对数律截距；u+＝uuτ，u表示流向速度，uτ表示摩擦速度；Trg表示广义恢复温度；Tw表示壁面温度；ue表示边界层外缘流向速度；rg表示广义恢复因子；cp表示定压比热容；步骤2：判断实际来流条件的边界层的流动属性；根据边界层的流动属性选择步骤1中的壁模型与更新CFD的工作模式；在选中的工作模式下获取摩擦速度、壁面热流和壁面摩擦应力；步骤3：当流动为湍流时，将壁面的第一层网格高度放宽至对数层，使用步骤2中获取摩擦速度、壁面热流和壁面摩擦应力，将步骤1的壁模型与CFD进行耦合并迭代求解，获得CFD收敛后壁面的最终摩擦速度和最终壁面热流；当流动为层流时，将壁面的第一层网格高度保持在分子粘性等应力层以内，使用步骤1的壁模型对收敛后的CFD结果进行后处理得到最终摩擦速度和最终壁面热流。

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