基于虚拟孔网格自识别技术的流固热耦合仿真方法及装置.pdf

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1、(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 202010461830.X (22)申请日 2020.05.27 (71)申请人 中国航空发动机研究院 地址 101304 北京市顺义区顺兴路21号 (72)发明人 高浩卜陈曦王珂 (74)专利代理机构 北京鼎承知识产权代理有限 公司 11551 代理人 柯宏达 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 基于虚拟孔网格。

2、自识别技术的流固热耦合 仿真方法及装置 (57)摘要 为了解决现有技术中仿真计算精度低的问 题， 本公开提供了一种基于虚拟孔网格自识别技 术的流固热耦合仿真方法及装置， 提高源项法的 仿真精度和工程设计应用的自动化程度。 方法， 包括： 根据冷却孔的孔排布要求生成无孔结构的 火焰筒壁网格模型的虚拟冷却孔信息； 基于所述 虚拟冷却孔信息确定添加源项网格； 基于所述添 加源项网格完成流固热耦合仿真； 本发明还公开 了相应的装置、 计算机可读存储介质和计算机设 备， 提高确定添加源项网格准确率， 提高流固热 耦合仿真的精度。 权利要求书3页 说明书15页 附图11页 CN 111626005 A 2。

3、020.09.04 CN 111626005 A 1.基于虚拟孔网格自识别技术的流固热耦合仿真方法， 其特征在于， 包括： 根据冷却孔的孔排布要求生成无孔结构的火焰筒壁网格模型的虚拟冷却孔信息； 所述 虚拟冷却孔信息包括满足所述孔排布要求的虚拟冷却孔的孔中心坐标信息、 孔方向向量信 息和孔横截面形状信息； 基于所述虚拟冷却孔信息确定添加源项网格， 所述添加源项网格包括虚拟冷却孔的入 口面网格、 虚拟冷却孔的出口面网格和固体域热汇区网格； 基于所述添加源项网格完成流固热耦合仿真。 2.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 根据冷却孔的孔排布要求生成无孔结构的火 焰筒壁网格模型的虚拟冷却孔信息，。

4、 包括： 获取冷却孔的孔排布要求和孔基本信息， 所述孔基本信息包括： 每排孔中第一个孔的 孔中心位置坐标信息、 孔方向向量信息和孔横截面形状信息； 若孔排布要求包含避开主燃孔和掺混孔的要求， 则根据冷却孔的孔基本信息和孔排布 要求， 生成每个冷却孔的孔中心坐标信息和扩张形线点云坐标信息， 并判断冷却孔是否满 足第一预设条件且满足第二预设条件， 基于满足第一预设条件且满足第二预设条件的冷却 孔的孔基本信息生成所述虚拟冷却孔信息； 其中， 判断冷却孔是否满足第一预设条件且满足第二预设条件包括： 若冷却孔的孔中心点和扩张形线点云均都在火焰筒壁固体域网格内， 则判断该冷却孔 满足第一预设条件， 否则判。

5、断该冷却孔不满足第一预设条件； 在每个主燃孔或掺混孔的侧壁面面网格向冷却孔的点云平面正投影时， 若冷却孔的点 云平面上存在侧壁面面网格投影图形， 该侧壁面面网格投影图形在该冷却孔的扩张点云形 线内部或与该冷却孔的扩张点云形线相交， 且该侧壁面面网格投影的投影长度不超过该冷 却孔孔深的一半， 则判断该冷却孔不满足第二预设条件， 否则， 判断该冷却孔满足第二预设 条件； 其中， 所述侧壁面面网格投影图形为主燃孔或掺混孔的侧壁面面网格向冷却孔的点 云平面正投影所形成的图形。 3.如权利要求2所述的方法， 其特征在于， 基于满足第一预设条件且满足第二预设条件 的冷却孔的孔基本信息生成所述虚拟冷却孔信息。

6、， 包括： 若孔排布要求包含垂直孔替换相交孔和相邻孔的要求， 则基于满足第一预设条件且不 满足第二预设条件的冷却孔生成垂直孔； 根据垂直孔的信息生成垂直孔中心点和扩张形线点云， 判断垂直孔是否满足第一预设 条件且满足第二预设条件， 若均满足则用垂直孔替换原冷却孔， 否则删除该冷却孔， 不进行 垂直孔替换， 基于所有符合第一预设条件且符合第二预设条件的原冷却孔和垂直孔， 生成 全部冷却孔的孔信息。 4.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 基于所述虚拟冷却孔信息确定添加源项网 格， 包括： 将每个入口壁面网格向虚拟冷却孔的点云平面正投影， 若入口壁面面网格投影图形在 虚拟冷却孔的点云形线内部或。

7、与虚拟冷却孔的点云形线相交， 且该入口壁面面网格投影的 投影长度不超过虚拟冷却孔孔深的一半， 则将该入口壁面面网格确定为该虚拟冷却孔的入 口面网格； 将每个出口壁面网格向虚拟冷却孔的点云平面正投影， 若出口壁面面网格投影图形在 权利要求书 1/3 页 2 CN 111626005 A 2 虚拟冷却孔的点云形线内部或与虚拟冷却孔的点云形线相交， 且出口壁面面网格投影的投 影长度不超过虚拟冷却孔孔深的一半， 则将该出口壁面面网格确定为该虚拟冷却孔的出口 面网格； 对火焰筒壁固体域中每一个网格进行判断， 若该网格中心点位于虚拟孔内部， 则将该 网格确定为该虚拟冷却孔的固体域热汇区网格。 5.如权利要。

8、求1所述的方法， 其特征在于， 所述方法还包括： 基于添加源项网格计算虚 拟冷却孔的有效流通面积； 基于添加源项网格计算虚拟冷却孔的有效流通面积包括： 将添加源项网格投影到相应 的虚拟冷却孔的点云平面上形成添加源项网格投影图形， 依次连接添加源项网格投影图形 的网格内部顶点、 设定交点和形线点云点组成重叠多边形， 并根据重叠多边形计算有效流 通面积， 其中， 所述设定交点为添加源项网格投影图形的网格边与点云形线的交点； 基于所述添加源项网格完成流固热耦合仿真包括： 基于添加源项网格和所述有效流通 面积完成流固热耦合仿真。 6.如权利要求5所述的方法， 其特征在于， 所述方法还包括： 基于所述虚。

9、拟冷却孔信息， 确定虚拟冷却孔的入口数据采集区和出口数据采集区； 获取入口数据采集区和出口数据采集区的流动-热力学数据， 所述流动-热力学数据包 括静压力、 速度和温度； 根据流动-热力学数据判断虚拟冷却孔气体流向， 并计算获取流体域网格控制方程的 源项面密度， 所述控制方程包括连续性方程、 动量方程和能量方程中的至少一个； 基于添加源项网格和有效流通面积完成流固热耦合仿真包括： 基于虚拟冷却孔气体流 向、 源项面密度和网格有效流通面积计算流体域添加源项网格的第一源项， 并将所述第一 源项添加到所述流体域网格控制方程， 根据虚拟孔气孔流量、 温度和壁温计算固体域热汇 区网格能量方程的第二源项，。

10、 并将所述第二源项添加到所述固体域热汇区网格的能量方程 中。 7.如权利要求6所述的方法， 其特征在于， 基于虚拟冷却孔气体流向、 源项面密度和网 格有效流通面积计算流体域添加源项网格的添加源项包括： 根据虚拟冷却孔气体流向、 源 项面密度和网格有效流通面积计算添加源项网格的当前计算步的第三源项大小， 获取前一 计算步的第四源项大小， 根据第三源项大小和第四源项大小通过松弛因子法计算所述第一 源项； 根据虚拟孔气孔流量、 温度和壁温计算固体域热汇区网格能量方程的源项包括： 根据 虚拟孔气孔流量、 温度和壁温计算固体域热汇区网格的当前计算步的第五源项大小， 获取 前一计算步的第六源项大小， 根据。

11、第五源项大小和第六源项大小通过松弛因子法计算所述 第二源项。 8.基于虚拟孔网格自识别技术的流固热耦合仿真装置， 其特征在于， 包括： 虚拟冷却孔信息确认模块， 用于根据冷却孔的孔排布要求生成无孔结构的火焰筒壁网 格模型的虚拟冷却孔信息； 所述虚拟冷却孔信息包括满足所述孔排布要求的虚拟冷却孔的 孔中心坐标信息、 孔方向向量信息和孔横截面形状信息； 添加源项网格确定模块， 用于基于所述虚拟冷却孔信息确定添加源项网格， 所述添加 源项网格包括虚拟冷却孔的入口面网格、 虚拟冷却孔的出口面网格和固体域热汇区网格； 计算模块， 用于基于所述添加源项网格完成流固热耦合仿真。 权利要求书 2/3 页 3 C。

12、N 111626005 A 3 9.计算机可读存储介质， 其特征在于， 所述计算机可读存储介质存储有计算机程序， 所 述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。 10.计算机设备， 包括存储器和处理器， 其特征在于， 所述存储器存储有计算机程序， 所 述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。 权利要求书 3/3 页 4 CN 111626005 A 4 基于虚拟孔网格自识别技术的流固热耦合仿真方法及装置 技术领域 0001 本公开涉及航空发动机燃烧室流动燃烧仿真模拟领域， 尤其涉及一种基于虚拟孔 网格自识别技术的流固热耦合仿真方法及装置。

13、。 背景技术 0002 在航空发动机燃烧系统中， 火焰筒壁面长时间受到燃烧室内高温火焰和气体的影 响， 容易造成损坏。 发散冷却是一种主流的火焰筒壁面冷却方式。 发散冷却方式将大量小孔 以一定角度全覆盖分布在整个火焰筒壁表面， 一方面通过冷却气流穿过孔通道进行壁面冷 却， 另一方面在火焰筒内壁附近形成冷却气流层， 对燃烧室壁面和内部高温气体起一定隔 绝作用。 0003 在航空发动机燃烧室仿真计算中， 火焰筒壁面大量的小孔结构造成燃烧室计算网 格模型复杂度大大增加， 网格数量剧增， 计算时间成本增加。 为此， 国内外专家学者提出了 在无孔结构的火焰筒壁网格模型添加质量、 动量、 能量等源项的方法。

14、， 在壁面网格上构造虚 拟孔， 模拟仿真冷却孔入口、 出口的流动效果和气流流过孔通道的冷却效果。 现有的源项法 在确定添加源项的网格方面主要有： 直接调取法， 在构建无孔网格模型时， 单独建立虚拟孔 的入口面和出口面网格， 直接调取入口或出口网格面进行源项添加； 几何位置关系穷举法， 穷举所有网格与孔形线几何位置关系的可能情况， 在无孔网格模型上， 对每个网格遍历判 断该网格与孔形线的位置关系情况， 以此确定该网格是否为需要添加源项的网格。 0004 直接调取法虽然能完整表达冷却孔形线的几何信息， 但由于建立的孔出入口面面 积较小， 因此需要更小尺度的网格进行构造， 网格数量不会有显著的降低；。

15、 几何位置关系穷 举法虽然在网格数量上可以实现大量削减， 但几何位置关系穷举法可能使多边形面网格和 复杂孔形线的几何位置关系判断易出现添加源项的网格遗漏， 造成仿真计算精度低的问 题。 发明内容 0005 为了解决现有技术中仿真计算精度低的问题， 本公开提供了一种基于虚拟孔网格 自识别技术的流固热耦合仿真方法及装置， 提高仿真精度。 0006 本公开第一方面， 基于虚拟孔网格自识别技术的流固热耦合仿真方法， 包括： 根据 冷却孔的孔排布要求生成无孔结构的火焰筒壁网格模型的虚拟冷却孔信息； 所述虚拟冷却 孔信息包括满足所述孔排布要求的虚拟冷却孔的孔中心坐标信息、 孔方向向量信息和孔横 截面形状信。

16、息； 基于所述虚拟冷却孔信息确定添加源项网格， 所述添加源项网格包括虚拟 冷却孔的入口面网格、 虚拟冷却孔的出口面网格和固体域热汇区网格； 基于所述添加源项 网格完成流固热耦合仿真。 0007 可选的， 根据冷却孔的孔排布要求生成无孔结构的火焰筒壁网格模型的虚拟冷却 孔信息， 包括： 获取冷却孔的孔排布要求和孔基本信息， 所述孔基本信息包括： 每排孔中第 一个孔的孔中心位置坐标信息、 孔方向向量信息和孔横截面形状信息； 若孔排布要求包含 说明书 1/15 页 5 CN 111626005 A 5 避开主燃孔和掺混孔的要求， 则根据冷却孔的孔基本信息和孔排布要求， 生成每个冷却孔 的孔中心坐标信。

17、息和扩张形线点云坐标信息； 0008 判断冷却孔是否满足第一预设条件且满足第二预设条件， 基于满足第一预设条件 且满足第二预设条件的冷却孔的孔基本信息生成所述虚拟冷却孔信息； 0009 其中， 判断冷却孔是否满足第一预设条件且满足第二预设条件包括： 若冷却孔的 孔中心点和扩张形线点云均都在火焰筒壁固体域网格内， 则判断该冷却孔满足第一预设条 件， 否则判断该冷却孔不满足第一预设条件； 在每个主燃孔或掺混孔的侧壁面面网格向冷 却孔的点云平面正投影时， 若冷却孔的点云平面上存在侧壁面面网格投影图形， 该侧壁面 面网格投影图形在该冷却孔的扩张点云形线内部或与该冷却孔的扩张点云形线相交， 且该 侧壁面。

18、面网格投影的投影长度不超过该冷却孔孔深的一半， 则判断该冷却孔不满足第二预 设条件， 否则， 判断该冷却孔满足第二预设条件； 其中， 所述侧壁面面网格投影图形为主燃 孔或掺混孔的侧壁面面网格向冷却孔的点云平面正投影所形成的图形。 0010 可选的， 基于满足第一预设条件且满足第二预设条件的冷却孔的孔基本信息生成 所述虚拟冷却孔信息， 包括： 若孔排布要求包含垂直孔替换相交孔和相邻孔的要求， 则基于 满足第一预设条件且不满足第二预设条件的冷却孔生成垂直孔； 根据垂直孔的信息生成垂 直孔中心点和扩张形线点云， 判断垂直孔是否满足第一预设条件且满足第二预设条件， 若 均满足则用垂直孔替换原冷却孔， 。

19、否则仍删除该冷却孔， 不进行垂直孔替换,基于所有符合 第一预设条件且符合第二预设条件的原冷却孔和垂直孔， 生成所述全部冷却孔的孔信息。 0011 可选的， 基于所述虚拟冷却孔信息确定添加源项网格， 包括： 0012 将每个入口壁面网格向虚拟冷却孔的点云平面正投影， 若入口壁面面网格投影图 形在虚拟冷却孔的点云形线内部或与虚拟冷却孔的点云形线相交， 且该入口壁面面网格投 影的投影长度不超过虚拟冷却孔孔深的一半， 则将该入口壁面面网格确定为该虚拟冷却孔 的入口面网格； 将每个出口壁面网格向虚拟冷却孔的点云平面正投影， 若出口壁面面网格 投影图形在虚拟冷却孔的点云形线内部或与虚拟冷却孔的点云形线相交。

20、， 且出口壁面面网 格投影的投影长度不超过虚拟冷却孔孔深的一半， 则将该出口壁面面网格确定为该虚拟冷 却孔的出口面网格； 对火焰筒壁固体域中每一个网格进行判断， 若该网格中心点位于虚拟 孔内部， 则将该网格确定为该虚拟冷却孔的固体域热汇区网格。 0013 可选的， 基于添加源项网格计算虚拟冷却孔的有效流通面积； 0014 基于添加源项网格计算虚拟冷却孔的有效流通面积包括： 将添加源项网格投影到 相应的虚拟冷却孔的点云平面上形成添加源项网格投影图形， 依次连接添加源项网格投影 图形的网格内部顶点、 设定交点和形线点云点组成重叠多边形， 并根据重叠多边形计算有 效流通面积， 其中， 所述设定交点为。

21、添加源项网格投影图形的网格边与点云形线的交点； 基 于所述添加源项网格完成流固热耦合仿真包括： 基于添加源项网格和所述有效流通面积完 成流固热耦合仿真。 0015 可选的， 所述方法还包括： 基于所述虚拟冷却孔信息， 确定虚拟冷却孔的入口数据 采集区和出口数据采集区； 0016 获取入口数据采集区和出口数据采集区的流动-热力学数据， 所述流动-热力学数 据包括静压力、 速度和温度； 0017 根据流动-热力学数据判断虚拟冷却孔气体流向， 并计算获取流体域网格控制方 说明书 2/15 页 6 CN 111626005 A 6 程的源项面密度， 所述控制方程包括连续性方程、 动量方程和能量方程中的。

22、至少一个； 基于 添加源项网格和有效流通面积完成流固热耦合仿真包括： 基于虚拟冷却孔气体流向、 源项 面密度和网格有效流通面积计算流体域添加源项网格的第一源项， 并将所述第一源项添加 到所述流体域网格控制方程， 根据虚拟孔气孔流量和温度计算固体域热汇区网格能量方程 的第二源项， 并将所述第二源项添加到所述固体域热汇区网格的能量方程中。 0018 可选的， 基于虚拟冷却孔气体流向、 源项面密度和网格有效流通面积计算流体域 添加源项网格的添加源项包括： 根据虚拟冷却孔气体流向、 源项面密度和网格有效流通面 积计算添加源项网格的当前计算步的第三源项大小， 获取前一计算步的第四源项大小， 根 据第三源。

23、项大小和第四源项大小通过松弛因子法计算所述第一源项； 根据虚拟孔气孔流量 和温度计算固体域热汇区网格能量方程的源项包括： 根据虚拟孔气孔流量和温度计算固体 域热汇区网格的当前计算步的第五源项大小， 获取前一计算步的第六源项大小， 根据第五 源项大小和第六源项大小通过松弛因子法计算所述第二源项。 0019 本公开的第二方面， 基于虚拟孔网格自识别技术的流固热耦合仿真装置， 包括： 0020 虚拟冷却孔信息确认模块， 用于根据冷却孔的孔排布要求生成无孔结构的火焰筒 壁网格模型的虚拟冷却孔信息； 所述虚拟冷却孔信息包括满足所述孔排布要求的虚拟冷却 孔的孔中心坐标信息、 孔方向向量信息和孔横截面形状信。

24、息； 0021 添加源项网格确定模块， 用于基于所述虚拟冷却孔信息确定添加源项网格， 所述 添加源项网格包括虚拟冷却孔的入口面网格、 虚拟冷却孔的出口面网格和固体域热汇区网 格； 0022 计算模块， 用于基于所述添加源项网格完成流固热耦合仿真。 0023 本公开的第三方面， 计算机可读存储介质， 所述计算机可读存储介质存储有计算 机程序， 所述计算机程序被处理器执行时实现本公开的第一方面中任一所述的方法的步 骤。 0024 本公开的第四方面， 计算机设备， 包括存储器和处理器， 其特征在于， 所述存储器 存储有计算机程序， 所述处理器执行所述计算机程序时实现本公开的第一方面中任一所述 的方法。

25、的步骤。 0025 本发明在现有的源项法流固热耦合仿真方法的基础上做了改进。 现有技术中的源 项法通过直接调取法或几何位置关系穷举法确定添加源项网格， 而本公开的实施方式的技 术方案， 以虚拟冷却孔信息中的孔中心坐标信息、 孔方向向量信息和孔横截面形状信息作 为依据， 对各种几何位置情况采用统一通用的计算方式， 确定添加源项网格及其有效流通 面积， 可以摒除冷却孔的复杂形状和火焰筒壁网格模型的不规则所引起的干扰， 不易造成 添加源项网格遗漏， 大幅减少网格数量的同时不影响虚拟孔流量计算精度， 进而提高流固 热耦合仿真的效率和精度。 此外， 在冷却孔排布过程中， 针对航空发动机燃烧室火焰筒冷却 。

26、孔排布的一些设计原则， 相比现有的简单阵列排布加人工调整的方式， 实现了自动识别与 排布功能， 提高工程设计应用的自动化程度。 附图说明 0026 附图示出了本公开的示例性实施方式， 并与其说明一起用于解释本公开的原理， 其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解， 并且附图包括在本说明书中并构成本 说明书 3/15 页 7 CN 111626005 A 7 说明书的一部分。 0027 图1是本公开的实施方式的基于虚拟孔网格自识别技术的流固热耦合仿真方法的 一种流程图； 0028 图2是本公开的实施方式的冷却孔的一种示意图； 0029 图3是本公开的实施方式的冷却孔的扩张形线点云计算示意图；。

27、 0030 图4是本公开的实施方式的冷却孔的旋转排布示意图； 0031 图5是本公开的实施方式的冷却孔的拉伸排布示意图； 0032 图6是本公开的实施方式的一种虚拟冷却孔信息生成流程图； 0033 图7是本公开的实施方式的主燃孔的侧壁面面网格投影示意图； 0034 图8是本公开的实施方式的网格投影计算示意图； 0035 图9是本公开的实施方式的自动识别删除原冷却孔的一种效果示意图； 0036 图10是本公开的实施方式的另一种虚拟冷却孔信息生成流程图； 0037 图11是本公开的实施方式的垂直孔替代原冷却孔的一种效果示意图； 0038 图12是本公开的实施方式的添加源项网格的有效流通面积计算示意。

28、图； 0039 图13是本公开的实施方式的表征孔横截面面积效果与现有技术比较示意图； 0040 图14是本公开的实施方式的数据采集区和固体域热汇区示意图； 0041 图15是本公开的实施方式的基于虚拟孔网格自识别技术的流固热耦合仿真装置 的框图； 0042 图16是本公开的实施方式的基于虚拟孔网格自识别技术的流固热耦合仿真方法 的另一种流程图； 0043 图17是本公开的实施方式的基于虚拟孔网格自识别技术的流固热耦合仿真方法 的一个子步骤图； 0044 图18是本公开的实施方式的基于虚拟孔网格自识别技术的流固热耦合仿真方法 的另一个子步骤图； 0045 图19是本公开的实施方式的基于虚拟孔网格。

29、自识别技术的流固热耦合仿真方法 的另一个子步骤图； 0046 图20是本公开的实施方式的基于虚拟孔网格自识别技术的流固热耦合仿真方法 的另一个子步骤图。 具体实施方式 0047 下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。 可以理解的是， 此处所 描述的具体实施方式仅用于解释相关内容， 而非对本公开的限定。 另外还需要说明的是， 为 了便于描述， 附图中仅示出了与本公开相关的部分。 0048 需要说明的是， 在不冲突的情况下， 本公开中的实施方式及实施方式中的特征可 以相互组合。 下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。 0049 此处， 对本申请公开的实施例中出现的孔基本信息、 。

30、孔信息、 孔排布进行解释。 0050 孔基本信息： 每排孔中第一个孔的孔信息。 0051 孔信息： 孔中心位置坐标， 孔方向向量， 孔横截面形状信息。 0052 孔排布： 第一种情况： 简单的旋转阵列或拉伸阵列。 第二种情况： 阵列后， 自动识别 说明书 4/15 页 8 CN 111626005 A 8 避让主燃孔和掺混孔， 将干涉或相近的孔自动去掉。 第三种情况： 通常冷却孔都是斜孔， 当 斜孔与主燃孔或掺混孔干涉或相近时， 用垂直孔替代斜孔， 判断垂直孔是否干涉或相近， 如 果垂直孔保证不干涉或相近， 则用垂直孔自动替代斜孔， 而不是像第二种情况那样直接去 掉斜孔。 0053 根据孔基本。

31、信息， 按照孔排布进行排布， 可以生成全部孔的孔信息。 0054 实施例1： 0055 参见图1图3， 本实施例方式公开了一种基于虚拟孔网格自识别技术的流固热耦 合仿真方法， 其包括： 0056 Y1： 根据冷却孔的孔排布要求生成无孔结构的火焰筒壁网格模型的虚拟冷却孔信 息； 所述虚拟冷却孔信息包括满足所述孔排布要求的虚拟冷却孔的孔中心坐标信息、 孔方 向向量信息和孔横截面形状信息； 0057 Y2： 基于所述虚拟冷却孔信息确定添加源项网格， 所述添加源项网格包括虚拟冷 却孔的入口面网格、 虚拟冷却孔的出口面网格和固体域热汇区网格； 0058 Y3： 基于所述添加源项网格完成流固热耦合仿真。 。

32、0059 本发明在现有的源项法流固热耦合仿真(计算)方法的基础上做了改进。 现有技术 中的源项法通过直接调取法或几何位置关系穷举法确定添加源项网格， 而本公开的实施方 式的技术方案， 以虚拟冷却孔信息中的孔中心坐标信息、 孔方向向量信息和孔横截面形状 信息作为依据， 对各种几何位置情况采用统一通用的计算方式， 确定添加源项网格， 可以摒 除冷却孔的复杂形状和火焰筒壁网格模型的不规则所引起的干扰， 不易造成添加源项网格 遗漏， 大幅减少网格数量的同时不影响虚拟孔流量计算精度， 进而提高流固热耦合仿真的 效率。 此外， 在冷却孔排布过程中， 针对航空发动机燃烧室火焰筒冷却孔排布的一些设计原 则， 。

33、相比现有的简单阵列排布加人工调整的方式， 实现了自动识别与排布功能， 提高工程设 计应用的自动化程度。 参见图2和图3， 孔中心坐标信息包含孔中心的坐标。 孔方向向量信息 包含冷却孔的孔方向向量， 本实施方式中采用垂直壁面方向向量和斜孔偏转角作为孔方向 向量， 其中， 斜孔偏转角为三维空间夹角， 由三维空间的三个方向夹角组成。 孔横截面形状 信息与孔中心坐标信息可用于确定冷却孔的形线点云坐标； 若孔横截面形状是圆形孔， 孔 横截面形状信息直接给出直径即可； 如果孔横截面形状是其它形状孔， 孔横截面形状信息 可以是能够确定形状和大小的特征尺寸或函数曲线。 其中， 所述形线点云坐标是形线点云 的坐。

34、标。 形线点云指的是组成孔横截面形状的点的集合， 且其所在平面经过冷却孔的孔中 心并与冷却孔方向垂直； 点云形线是形线点云中相邻点连接后形成的线。 0060 可以知道的， 根据虚拟冷却孔信息中的孔中心坐标信息、 孔方向向量信息、 孔横截 面形状信息和火焰筒壁厚， 可以确定虚拟冷却孔的形线点云坐标以及孔深； 根据冷却孔的 形线点云坐标以及孔深， 可以确定虚拟冷却孔的入口面网格、 虚拟冷却孔的出口面网格和 固体域热汇区网格。 0061 流固热耦合仿真可以仿真温度场、 速度场等， 可用于观察火焰筒壁面是否因气孔 冷却造成温度降低， 壁面处形成气流流入和流出的速度场效果等。 0062 在一个实施方式中。

35、， 根据冷却孔的孔排布要求生成无孔结构的火焰筒壁网格模型 的虚拟冷却孔信息， 包括： 获取冷却孔的孔排布要求和孔基本信息； 0063 其中， 参见图4和图5， 冷却孔的孔排布要求包括： 每排孔的最大孔数以及拉伸或旋 说明书 5/15 页 9 CN 111626005 A 9 转的排布方式。 冷却孔的孔基本信息包括每排孔中的第一个孔的孔中心位置坐标信息、 孔 方向向量信息和孔横截面形状信息。 如图4， 所述旋转的排布方式包括相邻孔间夹角、 旋转 轴、 旋转方向； 如图5， 所述拉伸的排布方式包括拉伸方向、 相邻孔间间距。 0064 根据每排孔中第一个孔的孔中心位置坐标信息、 孔方向向量信息、 孔。

36、横截面形状 信息、 冷却孔的拉伸或旋转的排布方式， 确定所有孔的孔中心坐标信息、 孔方向向量信息和 孔横截面形状信息； 以使得系统运用本方法时， 只需输入少量信息， 即可确定添加源项网 格， 进而基于添加源项网格通过源项法完成流固热耦合仿真。 0065 在一个实施方式中， 参见图6图9， 根据冷却孔的孔排布要求生成无孔结构的火 焰筒壁网格模型的虚拟冷却孔信息， 包括： 0066 Y11:获取冷却孔的孔排布要求和孔基本信息， 所述孔基本信息包括每排孔中的第 一个孔的中心位置坐标信息、 孔方向向量信息和孔横截面形状信息； 0067 Y12:若孔排布要求包含避开主燃孔和掺混孔的要求， 则根据冷却孔的。

37、孔基本信息 和孔排布要求， 生成每个冷却孔的孔中心坐标信息和扩张形线点云坐标信息； 0068 Y13:判断冷却孔是否满足第一预设条件且满足第二预设条件， 基于满足第一预设 条件且满足第二预设条件的冷却孔的孔基本信息生成所述虚拟冷却孔信息； 0069 其中， 判断冷却孔是否满足第一预设条件且满足第二预设条件包括： 0070 若冷却孔的孔中心点和扩张形线点云均都在火焰筒壁固体域网格内， 则判断该冷 却孔满足第一预设条件， 否则判断该冷却孔不满足第一预设条件； 0071 在每个主燃孔或掺混孔的侧壁面面网格向冷却孔的点云平面正投影时， 若冷却孔 的点云平面上存在侧壁面面网格投影图形， 该侧壁面面网格投。

38、影图形在该冷却孔的扩张点 云形线内部或与该冷却孔的扩张点云形线相交， 且该侧壁面面网格投影的投影长度不超过 该冷却孔孔深的一半， 则判断该冷却孔不满足第二预设条件， 否则， 判断该冷却孔满足第二 预设条件； 其中， 所述侧壁面面网格投影图形为主燃孔或掺混孔的侧壁面面网格向冷却孔 的点云平面正投影所形成的图形。 0072 参见图3， 扩张形线点云是以孔中心作为圆点， 将形线点云向外扩设定的扩张半径 增量后形成的点云， 扩张点云形线是将点云形线向外扩设定的扩张半径增量后形成的形 线； 其中扩张半径增量根据避开主燃孔或掺混孔所要求的临近距离得到。 0073 其中， 参见图6和图7， 火焰筒壁固体域网。

39、格是火焰筒壁固体域的网格； 点云平面是 形线点云所在平面； 侧壁面面网格投影图形是主燃孔或掺混孔的侧壁面面网格向冷却孔的 点云平面正投影时形成的图形； 侧壁面面网格投影的投影长度即主燃孔或掺混孔的侧壁面 网格与点云平面之间的垂直距离。 可以知道的， 如果冷却孔存在孔中心点或存在某个扩张 形线点云点不在火焰筒壁固体域网格内， 则该冷却孔不满足第一预设条件， 即该孔是内部 孔。 0074 本公开的实施方式的技术方案， 在孔排布要求包含避开主燃孔和掺混孔的要求 时， 自动根据冷却孔是否满足第一预设条件和第二预设条件快速而准确地确定需要哪些冷 却孔不属于内部孔、 相交孔和相邻孔(即满足第一预设条件且满。

40、足第二预设条件的冷却孔， 满足第一预设条件表示其不是内部孔， 满足第二预设条件表示其不是相交孔和相邻孔)， 不 属于内部孔、 相交孔和相邻孔的其他冷却孔的孔信息生成最终的虚拟冷却孔的孔信息， 自 动实现对主燃孔和掺混孔的避开功能。 参见图9， 本公开的实施方式的自动识别删除原冷却 说明书 6/15 页 10 CN 111626005 A 10 孔的一种效果示意图， 其中， 图9中的 “识别并删除原冷却孔” 是图9中的 “主燃孔或掺混孔” 的内部孔、 相交孔或相邻孔。 0075 本公开的实施方式的技术方案， 利用几何算法， 判断冷却孔在壁面的排布位置， 在 规定距离内自动避开任意形状的主燃孔和掺。

41、混孔， 提高效率。 0076 在一个实施方式中， 参见图10和图11， 基于满足第一预设条件且满足第二预设条 件的冷却孔的孔基本信息生成所述虚拟冷却孔信息， 包括： 0077 Y131： 若孔排布要求包含垂直孔替换相交孔和相邻孔的要求， 则基于满足第一预 设条件且不满足第二预设条件的冷却孔生成垂直孔； 0078 Y132： 根据垂直孔的信息生成垂直孔中心点和扩张形线点云， 判断垂直孔是否满 足第一预设条件且满足第二预设条件， 若均满足则用垂直孔替换原冷却孔， 否则仍删除该 冷却孔， 不进行垂直孔替换， 基于所有符合第一预设条件且符合第二预设条件的原冷却孔 和垂直孔， 生成所述全部冷却孔的孔信息。

42、。 0079 垂直孔的孔信息包括是垂直孔的孔中心位置坐标信息、 孔方向向量信息和孔横截 面形状信息。 冷却孔的孔信息包括冷却孔的孔中心位置坐标信息、 孔方向向量信息和孔横 截面形状信息。 0080 本公开的实施方式的技术方案， 在孔排布要求包含垂直孔替换相交孔和相邻孔的 要求时， 自动根据冷却孔是否满足第一预设条件和第二预设条件快速而准确地确定需要哪 些冷却孔属于相交孔和相邻孔(即满足第一预设条件且不满足第二预设条件的冷却孔)， 并 以垂直孔的孔信息代替相交孔和相邻孔的孔信息， 对垂直孔进行判断， 若垂直孔满足第一 预设条件且满足第二预设条件， 则保留垂直孔信息， 以实现垂直孔替换相交孔和相邻。

43、孔的 目的。 参见图11， 图中是垂直孔替代原冷却孔的一种效果示意图， 图中的 “识别并删除原冷 却孔” 是与图中的 “主燃孔或掺混孔” 的内部孔。 图11中的 “垂直孔替换原冷却孔” 是与图11 中的 “主燃孔或掺混孔” 的相交孔或相邻孔。 0081 本公开的实施方式， 在出现冷却斜孔与主燃孔等发生几何干涉时， 可自动实现使 用垂直于壁面的垂直孔替代原斜孔的功能， 全面考虑工程应用中发散冷却孔的排布原则和 规律。 0082 在一个实施方式中， 基于所述虚拟冷却孔信息确定添加源项网格， 包括： 0083 将每个入口壁面网格向虚拟冷却孔的点云平面正投影； 若入口壁面面网格投影图 形在虚拟冷却孔的。

44、点云形线内部或与虚拟冷却孔的点云形线相交， 且该入口壁面面网格投 影的投影长度不超过虚拟冷却孔孔深的一半， 则将该入口壁面面网格确定为该虚拟冷却孔 的入口面网格； 0084 将每个出口壁面网格向虚拟冷却孔的点云平面正投影， 若出口壁面面网格投影图 形在虚拟冷却孔的点云形线内部或与虚拟冷却孔的点云形线相交， 且出口壁面面网格投影 的投影长度不超过虚拟冷却孔孔深的一半， 则将该出口壁面面网格确定为该虚拟冷却孔的 出口面网格。 0085 其中， 入口壁面网格为火焰筒壁网格中位于冷却孔入口侧的壁面网格， 出口壁面 网格为火焰筒壁网格中位于冷却孔出口侧的壁面网格； 入口壁面面网格投影的投影长度为 入口壁。

45、面面网格各顶点与点云平面之间距离的最大值； 出口壁面面网格投影的投影长度为 出口壁面面网格各顶点与点云平面之间距离的最大值。 说明书 7/15 页 11 CN 111626005 A 11 0086 对火焰筒壁固体域中每一个网格进行判断， 若该网格中心点位于虚拟孔内部， 则 将该网格确定为该虚拟冷却孔的固体域热汇区网格。 其中， 虚拟孔内部， 可以是孔点云形线 分别沿孔方向向量和其反方向投影， 且投影距离均不超过孔深一半， 所形成的柱状区域内 部。 0087 本实施方式中的技术方案， 根据条件 “入口壁面面网格投影图形在虚拟冷却孔的 点云形线内部或与虚拟冷却孔的点云形线相交， 且该入口壁面面网。

46、格投影的投影长度不超 过虚拟冷却孔孔深的一半” 确定入口壁面面网格是否为虚拟冷却孔的入口面网格； 根据条 件 “出口壁面面网格投影图形在虚拟冷却孔的点云形线内部或与虚拟冷却孔的点云形线相 交， 且出口壁面面网格投影的投影长度不超过虚拟冷却孔孔深的一半” 确定出口壁面面网 格是否为虚拟冷却孔的出口面网格； 根据条件 “火焰筒壁固体域网格的网格中心点位于虚 拟孔内部” 确定固体域热汇区网格。 以使得计算设备根据该方法快速和准确地确定添加源 项网格。 0088 在一个实施方式中， 方法还包括： 基于添加源项网格计算虚拟冷却孔的有效流通 面积； 0089 参见图12和图13， 基于添加源项网格计算虚拟。

47、冷却孔的有效流通面积包括： 将添 加源项网格投影到相应的虚拟冷却孔的点云平面上形成添加源项网格投影图形， 依次连接 添加源项网格投影图形的网格内部顶点、 设定交点和形线点云点组成重叠多边形， 并根据 重叠多边形计算有效流通面积， 其中， 所述设定交点为添加源项网格投影图形的网格边与 点云形线的交点。 0090 基于所述添加源项网格完成流固热耦合仿真包括： 基于添加源项网格和有效流通 面积完成流固热耦合仿真。 0091 根据依次连接添加源项网格投影图形的网格内部顶点、 设定交点和形线点云点后 组成的重叠多边形的面积确定冷却孔的有效流通面积； 相对于现有技术采用添加源项网格 中的入口面网格面积和出。

48、口面网格面积代替冷却孔的实际出入口面积， 本公开的技术方案 采用有效流通面积， 提高计算精度， 且采用本实施方式中的有效流通面积计算方法， 其计算 效率更高， 便于计算机运算。 其中， 可以知道的， 如图12所示， 网格内部顶点是在网格投影图 形顶点中， 落在点云形线内部的顶点。 如图13， 图13是本公开的实施方式的表征孔横截面面 积效果与现有技术比较示意图， 其中左侧的阴影部分是现有技术中通过网格面积表征的孔 横截面面积， 右侧的阴影部分是本实施例中通过有效流通面积表征的孔横截面面积， 图中 的冷却孔横截面形线表征孔的实际横截面； 从图中可直观的得出， 相比现有技术中的通过 网格面积表征孔。

49、横截面面积， 本实施例通过有效流通面积表征孔横截面面积， 其表征孔横 截面面积的精度更高。 0092 本实施方式中， 用有效流通面积代替网格面积， 保证无论网格大小， 有效流通面积 总和始终等于孔实际横截面积， 避免因网格尺度不同带来虚拟孔计算流量的误差。 0093 在一个实施方式中， 参见图14， 方法还包括： 基于所述虚拟冷却孔信息， 确定虚拟 冷却孔的入口数据采集区和出口数据采集区； 0094 获取入口数据采集区和出口数据采集区的流动-热力学数据， 所述流动-热力学数 据包括静压力、 速度和温度； 0095 根据流动-热力学数据判断虚拟冷却孔气体流向， 并计算获取控制方程的源项面 说明书。

50、 8/15 页 12 CN 111626005 A 12 密度， 所述流体域网格控制方程包括连续性方程、 动量方程和能量方程中的至少一个。 根据 虚拟孔气孔流量、 温度和壁温(由固体域热汇区采集获得)计算固体域热汇区网格能量方程 的源项； 0096 基于添加源项网格和有效流通面积完成流固热耦合仿真包括： 基于虚拟冷却孔气 体流向、 源项面密度和网格有效流通面积计算流体域添加源项网格的第一源项， 并将所述 第一源项添加到所述流体域网格控制方程。 根据虚拟孔气孔流量、 温度和壁温计算固体域 热汇区网格能量方程的第二源项， 并将所述第二源项添加到所述固体域热汇区网格的能量 方程中。 0097 方法还。