一种高超声速流动化学反应模型数据的存取与转换方法与流程

技术特征：
1.一种高超声速流动化学反应模型数据的存取与转换方法，其特征在于，所述高超声速流动化学反应模型数据的存取与转换方法包括：s101：构建标准反应模型仓库；所述标准反应模型仓库包括高超声速流动所涉及各类化学反应模型，其中模型特征参数至少包含：各反应物的组分名、化学反应式、正逆反应速率系数、碰撞系数、特征温度；s102：构建内置反应模型库；将高超声速非平衡流动模拟过程中使用的地球大气、火星大气、烧蚀气体、燃烧室气体的化学反应模型挑选出来，形成一个内置反应模型库，使用时通过参数输入，再通过接口调用；s103：基于给定的计算工况数据，确定模拟过程中使用的化学反应模型相关参数ns和nr，其中，ns为反应模型组分数，nr为反应式数；s104：基于确定的参数ns和nr，调用相应的热物理化学性能参数；s105：基于确定的化学反应模型和性能参数完成模拟计算。2.如权利要求1所述的高超声速流动化学反应模型数据的存取与转换方法，其特征在于，步骤s103中，通过字符型数据gasmodel输入模型信息，由化学反应模型读取接口readmodel函数识别后，若是属于内置反应模型库的常用反应模型，则调用内置反应模型库的相关反应模型，确定反应模型组分数ns和反应式数nr。3.如权利要求2所述的高超声速流动化学反应模型数据的存取与转换方法，其特征在于，步骤s103中，若是不属于内置反应模型库的常用反应模型，则基于在parameter参数文件中预设的speciesname赋值，通过输入计算所需要的组分种类，在读取参数文件时，当识别到存在speciesname变量，则根据speciesname变量的值更新组分数ns和反应式数nr，实现化学反应模型的任意组合调用。4.如权利要求3所述的高超声速流动化学反应模型数据的存取与转换方法，其特征在于，步骤s104为：在s103的基础上，根据已确定的组分数ns和反应式数nr，通过函数接口调用各反应式的特征参数，包括但不限于：正逆反应速率、碰撞系数，组分系数，以及反应组分的热物理化学性质参数，包括但不限于：摩尔质量、特征振动电子温度、化学生成焓、粘性拟合系数。5.如权利要求4所述的高超声速流动化学反应模型数据的存取与转换方法，其特征在于，步骤s105包括：基于确定的化学反应模型和性能参数，耦合流场求解迭代，完成热化学非平衡流场求解的过程。6.如权利要求3所述的高超声速流动化学反应模型数据的存取与转换方法，其特征在于，在进入步骤s103时，若为非常规的计算工况，所述高超声速流动化学反应模型数据的存取与转换方法包括：s201：则通过参数文件输入化学反应的特征参数；具体包括：当针对给定的来流工况，当内置模型仓库中的化学反应模型无法满足计算的需求时，通过修改反应式的特征参数或增减化学反应，从而改变标准反应模型仓库，进而实现自定义化学反应模型库的构建；此时，通过在model参数文件中来按照规定的格式要求，修改或增减化学反应的必要特
征参数，然后，通过readmodel函数读取参数文件新加组分的特征参数信息，从而扩充模型仓库中各内置特征参数数组的大小；s202：根据确定的反应特征参数，装配所需要的化学反应模型；s203：针对各参数体系，通过统一接口规范数据的存取方式；s204:利用生成、转换后的化学反应模型和性能参数完成模拟计算。7.如权利要求6所述的高超声速流动化学反应模型数据的存取与转换方法，其特征在于，步骤s201中参数文件新加组分的特征参数信息至少包括：组分名、摩尔质量、特征振动电子温度、化学生成焓以及相关方程式系数。8.如权利要求6所述的高超声速流动化学反应模型数据的存取与转换方法，其特征在于，步骤s202具体包括：在s201的基础上，在调用相关的化学反应模型时，通过化学反应的组分名来识别并确定最终的组分数ns和反应式数nr；并根据已确定的组分数ns和反应式数nr，通过函数接口调用各反应式的特征参数，包括但不限于：正逆反应速率、碰撞系数，组分系数，以及反应组分的热物理化学性质参数，包括但不限于：摩尔质量、特征振动电子温度、化学生成焓、粘性拟合系数。9.如权利要求8所述的高超声速流动化学反应模型数据的存取与转换方法，其特征在于，步骤s203包括：在s201的基础上，若新添加的化学反应式只给出了正反应速率，而未给出逆反应速率，此时利用readmodel函数中封装的unifyreactioncoef函数接口将该反应的逆反应速率转换为标准的表示形式，并储存在对应的反应速率的数组中，保证后续计算的过程中程序调用统一的接口。10.如权利要求8所述的高超声速流动化学反应模型数据的存取与转换方法，其特征在于，步骤s203中，若正反应和逆反应的实验拟合系数k，a，e均给出，则采用的经验公式求出正逆反应速率系数，并存入相应的数组中：其中k
f,r
和k
b,r
分别表示第r个反应式的正反应和逆反应速率系数，单位为：m3/(mol
·
s),a
f,r
、n
f,r
、e
f,r
以及a
b,r
、n
b,r
、e
b,r
均为试验拟合参数，t为平动-转动温度，t
m
为由平动-转动温度于振动温度t
v
的计算几何值，单位为：k；若试验过程中只给出了正反应速率，则此时逆反应的速率则通过park的平衡常数模型计算，且：
式中的k
eq
为平衡常数，通过gibbs自由能获得，或通过拟合公式计算。

技术总结
本发明公开了一种高超声速流动化学反应模型数据的存取与转换方法，针对高超声速非平衡流动过程中所发生的多种化学反应，利用统一的数据存取方式获得各化学反应的关键参数，采用标准化的函数接口转换参数，任意组装、增减用户所需要的化学反应，使得各种工况下的反应过程可自定义调整，提升了灵活度，扩大了适用范围，减少不必要的计算过程，提升了模拟计算的效率。的效率。的效率。


技术研发人员：丁明松 梅杰 陈坚强 李鹏 何磊 董维中 高铁锁 江涛 郭勇颜 刘庆宗
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所
技术研发日：2022.09.23
技术公布日：2022/11/8