(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 202210843596.6 (22)申请日 2022.07.18 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 赖马树金 　薛耿　 (74)专利代理 机构 哈尔滨市阳光惠远知识产权 代理有限公司 2321 1 专利代理师 孙莉莉 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于OpenFOAM和导数矩变换的二维流场气 动力重构方法 (57)摘要 本发明提出基于OpenFOAM和导数矩变换的 二维流场气动力重构方法。 该方法将流场气动力 重构通过导数矩方法变换为基于流场流态的气 动力重构公 式， 将流场流动信息与桥梁气动力相 结合， 桥梁 结构在发生振动时流场出现的特征流 态与振动之间存在关系。 二维气动力重构公式建 立了从流场获得气动力的通道， 通过OpenFOA M获 得流场数据， 计算出流动控制体内的数据作为气 动力重构 的输入数据， 实现了流场特征流态、 气 动力与结构振动之间的关联。 在OpenFOA M数据基 础上实现了二维特征流动的流场气动力重构， 搭 建了流场流动信息到结构气动力的桥梁， 可以用 于特征流动分离的气动力贡献与机理分析。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115310176 A 2022.11.08 CN 115310176 A 1.基于OpenFOAM和导数矩变换的二维流场气动力重构方法， 其特征在于， 所述方法具 体包括： 步骤一、 利用OpenFOAM获得桥梁流场与振动结果； 步骤二、 利用paraview获得 特征流动控制体数据； 步骤三、 二维流场气动力重构： 将矩形控制体内的流场数据与四条控制体边界数据作 为输入， 进行二维流场气动力重构获得结构气动力， 所述二维流场气动力重构通过导数矩 变换为基于流场流态的气动力重构公式， 将流场流动信息与桥梁气动力相结合。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在步骤一中， 通过OpenFOAM六自由度求解 器与pimple FOAM求解器进行开展。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述步骤一具体为： 首先建立桥梁结构二 维网格模 型， 设置流动边界条件； 依照结构质量与阻尼设置 OpenFOAM动网格求解； 其次根据 库朗数设置计算步长与标准函数库的气动力输出， 对OpenFOAM设置pimpleFOAM求解器与对 应的离散格式和求解方法， 并以此设置求解参数； 最后， 模拟流动的流场数据与结构振动数 据， 获得振动的特 征流场。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在步骤二中， 通过开源软件paraview获得 结构振动的逐时刻流场数据， 分析结构振动稳定后的流动涡量场中特征流态 区域； 对来流 区域、 尾流区域和流动上下缘区域计算涵盖特征流态的控制 体区间， 将控制体选取为涵盖 二维特征流态的矩形区域。 5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 在Op enFOAM中通过sample方法计算获得控 制体边界的采样数据， 对 控制体内部通过sample 方法获得网格点上的流动数据。 6.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在步骤三中， 通过选取不同区域的特征流 态获得流场流态对结构 气动力的贡献。 7.根据权利要求6所述的方法， 其特征在于， 所述二维流场气动力 重构的控制方程如式 (1)‑(13)所示： D2＝DF2+DF3+DB1+DB2+DB3                      (2) L2＝LF2+LF3+LB1+LB2+LB3                       (3) DF3＝ρ ∫SvωdA                            (5) 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115310176 A 2LF3＝‑ρ ∫SuωdA                           (10) 式中， F为基于流场重构的气动力， ρ 为流场内流体密度， k为二维计算参数取1， x为流场 坐标矢量， ω为涡量， t为计算时间， V为控制 体体积， n为物体表面的法向量， 方向朝内， 为流固耦合固体表面， l为涡力， aB为固体加速度， Σ为控制体表面， μ为流体动力粘性系数； 公式2‑13是对公式1的二维矩形计算展开， dA为控制体积分， dl为二维矩形边界线积分， 其 中DF2与DF3均为通过控制体积分获得的重构气动阻力， DB1、 DB2和DB3分别为控制 体边界上 的 阻力涡量空间导数的积分、 边界涡 量对阻力的运动粘性影响项和边界涡 量对阻力的空间流 速影响项； LF2与LF3均为通过控制体积分获得的重构气动升力， LB1、 LB2和LB3分别为控制体边 界上的升力涡量空间导数的积分、 边界涡量对升力的运动粘性影响项和边界涡 量对升力的 空间流速影响项。 8.基于OpenFOAM和导数矩变换的二维流场气动力重构系 统， 其特征在于， 所述系 统具 体包括： 流场与振动结果获取模块： 利用OpenFOAM获得桥梁流场与振动结果； 控制体数据获取模块： 利用paraview获得 特征流动控制体数据； 二维流场气动力 重构模块： 将矩形控制体 内的流场数据与四条控制体边界数据作为输 入， 进行二维流场气动力重构获得结构气动力， 所述二维流场气动力重构通过导数矩变换 为基于流场流态的气动力重构公式， 将流场流动信息与桥梁气动力相结合。 9.一种电子设备， 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 ‑7任一项所述方法的步骤。 10.一种计算机可读存储介质， 用于存储计算机指令， 其特征在于， 所述计算机指令被 处理器执行时实现权利要求1 ‑7任一项所述方法的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115310176 A 3