在航空发动机高空模拟试验中，进气系统可于地面复刻发动机万米高空飞行工况，完成发动机定型阶段的关键性能测试。混合器是其内部核心部件，可将不同温度和压力的气流快速、均匀地混合，以精确模拟发动机在高空飞行时所需的进气条件。

当前的混合器气动性能仿真多依赖RANS定常（稳态）模拟，无法捕捉剪切层演化、流向涡及尾迹干涉等非定常脉动，难以评估混合噪声、设备热疲劳风险，亟需引入高保真非定常方法，实现物理场的动态还原。

目前，对基于传统算法的商软来说，高保真解析宽频湍流脉动需极高的网格分辨率与极小时间步长，这将导致其计算量爆炸；加之底层算法的数值耗散及对计算资源调度的局限，也使得此类高精度工业仿真难以落地。

本案例依托DIMAXER软件的高阶数值算法，针对Y型混合器实现了6.4亿网格点的大规模精细化仿真。丰富的高品质物理场数据，为高空试验舱数字化设计研发提供了高可信度支撑。

01 混合器模型与网格

Y型进气道混合器通常由一个主流道和一个或多个以一定角度汇入的支流道构成，依靠气流动量交换、湍流扩散实现不同入口的冷热空气掺混；内部加装导流栅格，强化混合效果、稳定下游流场。

导流栅格薄壁结构复杂，采用浸没式边界法（IBM）划分网格，规避传统贴体网格建模难题；对栅格区域与下游掺混尾迹做多级网格加密，精准还原真实结构并保障掺混过程计算精度，总网格点6.4亿。

02 混合器进气掺混动态仿真结果

本次计算采用适用于可压缩流动的四阶精度空间离散格式，以4张GPU卡，经7天计算，复现了不同来流条件下从完全混合至流场稳定的全过程。凭借高精度的流场解析能力，DIMAXER可精细捕捉各类湍流结构，深入揭示导流格栅结构对混合效果的内在影响规律。

1 瞬态混合全过程还原

DIMAXER结果完整呈现：混合器内高温气体与低温气体从均匀初始温度场出发，经历整个瞬态混合过程的演化序列。清晰地预测了冷热两股气流在混合器内的交汇、卷吸与扩散行为，再现因温度差异驱动的热扩散及湍流掺混效应。

混合器进气掺混全域演化（温度场与速度场）

导流栅格区局部流场（左温度，右速度）

2 沿程流场变化规律

为全面量化混合器对两股气流的温度混合特性、掺混均匀度及总压损失等核心性能指标，在导流栅格下游流场区域内，沿流向和展向布置了多组监测点：

测点空间、截面位置

提取部分测点在计算稳定后的监测值：其温度滑动平均波动幅度不足1%，计算已达到稳定收敛，可充分反映湍流结构对混合的影响，精准研判非等温混合中的热分层、温度波动及局部过热问题。

温度时间演化（蓝色静温, 红色总温, 黑色滑动平均）

选取沿流向（Y＝1→4）四处典型截面覆盖完整掺混流程，通过直观数据呈现流动的沿程演变：

各截面关键物理量均值

在Y=1→2阶段，激波、膨胀波与剪切层剧烈耦合，流速降低，压力跃升，湍流度激增至；后续大尺度涡持续破碎分解，流速分布逐步均匀，整体流场趋于稳定。

3 温度掺混效果分析

温度场是评判混合器掺混性能的关键指标，其分布特征直观反映掺混效果。

温度空间分布

导流栅格出口冷热气流分区明显，沿流向至设备出口（从Y=1演进至Y=4），大尺度涡持续破碎、流体充分掺混，冷热区域不断交融收缩，截面温度逐步趋于均匀。

总温概率密度分布 (PDF) 

红虚线=热入口；蓝虚线=冷入口；绿虚线=等流量混合温度；黑实线=均值

DIMAXER计算的总温概率密度分布（PDF）数据直观呈现了掺混全过程：

栅格出口：呈冷热双峰分布；

流动至中段：双峰逐步融合、分布区间收窄；

到达出口截面后：曲线收拢为单一尖峰，温度高度集中。

演化规律充分证明，混合器可高效抹平初始温差，实现优异的冷热掺混效果。

经行业通用Pope准则校验，本次大涡模拟湍流解析能量占比94.93%（标准为80%以上），湍流充分发展区域测点均达标，解析精度已达到大涡模拟的较高水平。

本次Y型混合器6.4亿网格点的大涡模拟，完整还原了航空发动机高空模拟设备的进气系统冷热气流掺混全过程。后续，基于DIMAXER强大算力与规模线性化优势，可用2个节点16张GPU卡，拓展至大口径进气道与多级复杂混合装置下的20亿+求解规模试验现场场景，以更丰富的高精度仿真数据，为进气系统后续数字化平台建设和基于物理AI的虚实结合实验提供底层基础。

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