(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 202111637374.0 (22)申请日 2021.12.2 9 (71)申请人 中国航天空气动力技 术研究院 地址 100074 北京市丰台区云岗西路17号 (72)发明人 郝乐　时晓天　胡宁　 (74)专利代理 机构 北京八月瓜知识产权代理有 限公司 1 1543 代理人 陈赢 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 17/12(2006.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于金属流体流场 的电磁主动控制方 法及设备 (57)摘要 本发明公开了一种基于金属流体流场 的电 磁主动控制方法及设备， 该方法包括在需要控制 的金属流体流场液面上设置电磁场， 通过改变电 磁场方向和/或强度， 实现对金属流体流场结构 及能量分布的控制。 本发明磁场作用下， 可准确 预测磁场力控制下金属流体流动形态变化和能 量分布； 湍流条件下， 电磁场加入使金属流体流 场中各项能量分布改变， 调节电磁场的强度可以 有效地控制流场的形态和能量的分布形式， 在不 改变已有模型结构的同时对流场具有明显的控 制作用减弱流动分离区的尺寸。 权利要求书3页 说明书7页 附图4页 CN 114357904 A 2022.04.15 CN 114357904 A 1.一种基于金属流体流场的电磁主动控制方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 在需要控制的金属流体流场液面上设置电磁场， 通过改变电磁场方向和/或强度， 实现 对金属流体流场结构及能量分布的控制； 其中， 电磁场的具体实现方式为： 低磁场雷诺数条件下， 当金属流体在电磁场下运动 时流体产生磁场力的作用， 将洛伦 兹力作为一个源项体积力加入不可压的Navier ‑Stokes动量输运方程中， 并与麦克斯韦方 程合并得到 完整封闭的磁流体力学 方程组， 无量纲化的方程组如下： 麦克斯韦方程组为 基于Rem＝1的条件下， 电磁场作为均匀恒定磁场， 由电流表达式可 得， j＝qu； 即洛伦兹力为 FL＝j×B。 2.如权利要求1所述的基于金属流体流场的电磁主动控制方法， 其特征在于， 采用相容 守恒格式保证 计算所得的电流密度满足电荷守恒定律。 3.如权利要求2所述的基于金属流体流场的电磁主动控制方法， 其特征在于， 所述采用 相容守恒格式保证 计算所得的电流密度满足电荷守恒定律具体包括实现步骤： 步骤S1、 通过 上一时间步的压力值 求解动量方程得到计算网格中心处的预测步速度； 步骤S2、 将计算出网格面上的预测流体运动速度作为压力泊松方程的源项求解得到压 差， 利用该压 差来更新 流体运动速度值和压力值； 步骤S3、 求解电势泊松方程得到电势； 利用相容守恒格 式计算网格界面处的电流密度； 网格中心处的电流 通过网格界面处的电流密度守恒差值得到； 求得洛伦兹力FL＝j×B； 步骤S4、 将所述洛伦兹力作为源项带入到动量方程中， 计算下一时间步的流体运动速 度值和压力值。 4.如权利要求3所述的基于金属流体流场的电磁主动控制方法， 其特征在于， 执行所述 步骤S3之前， 步骤S1 ‑S2执行迭代多次。 5.如权利要求3所述的基于金属流体流场的电磁主动控制方法， 其特 征在于， 所述 时间项采用二阶隐式向后差分， 对流项采用中心差分格式； 采用固定时间步长， 使CFL 数≤0.3。 6.如权利要求3所述的基于金属流体流场的电磁主动控制方法， 其特征在于， 还包括步 骤： 将电磁场下的脉动量方程分解相加后取平均得：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114357904 A 2式中， 为对流项Cij， 为生成项Pij， 为湍流运输项 DT， 为磁场项Mij， i， j为矩阵不同的量； 将等号右边第一项化简成速度压力梯度项Dp和压力应 变率项 为： 将等号右边第二项 写成粘性扩散项Dν和耗散项 ε 的形式： 雷诺应力微分方程如下： 若磁场的方向沿y轴方向,则有： 由此可得: 将J’1， J’3的表达式代入M表达式 中， 可得： 式中， 为磁场源项， 为磁场汇项。 7.如权利要求1所述的基于金属流体流场的电磁主动控制方法， 其特征在于， 所述电磁 场通过通电的直 导电圈或盘形导电圈实现。 8.如权利要求1所述的基于金属流体流场的电磁主动控制方法， 其特征在于， 所述对于权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114357904 A 3