文章导读

E 级计算给 CFD 带来的机遇与挑战(405-417,doi：10.7638/kqdlxxb-2014.0118)张来平,邓小刚,何磊,李明,赫新E 级(Exascale)计算机有望在2020年前后投入使用,E 级计算将给计算科学和科学研究带来革命性的变化。计算流体力学(CFD)作为超大规模计算机应用的重要领域之一,将迎来前所未有的发展机遇,同时也将面临极其严峻的技术挑战。本文对当前国内外超大规模 CFD 计算的现状进行了概述,探讨了未来 CFD 的发展趋势,并对 E 级计算给 CFD 带来的机遇与挑战进行了分析,最后提出了适应未来 E 级计算的 CFD 发展思路与建议。为了实现 E 级计算的宏伟目标,CFD 与计算机科学、应用数学等学科的“协同设计”势在必行。我们期待本文的分析能对我国的高性能计算应用、CFD 发展有一定的启示作用。     

计算气动弹性在飞行器设计中的研究与应用

近年来,计算气动弹性(CAE)开始作为一个正式术语出现于一些研究文献中,用来描述耦合高精度的计算流体动力学(CFD)与计算结构动力学(CSD)分析气动弹性问题的方法。本文阐述了CAE方法的基本概念、计算流程及其耦合方法,着重分析了CAE求解计算需要解决的关键问题,介绍了CAE方法在飞行器设计中研究应用的发展状况,并展望了其未来的发展方向。     

CFD技术在航空工程领域的应用、挑战与发展

计算流体力学(CFD)技术在航空工程领域发挥着重要作用。总结了CFD技术在航空工程领域中的应用,系统阐述了气动设计、气动弹性、气动噪声、数字化飞行等多学科耦合计算领域对CFD技术的需求,结合实际工程应用分析了CFD技术面临的主要挑战。总结了近年来CFD技术在流动分离、边界层转捩、高精度方法和运动网格技术等领域取得的研究成果以及在气动特性评估、流动机理分析、气动设计、气动弹性、气动噪声等工程领域中的应用。进一步展望了CFD数值模拟未来的几个关键技术以及应用前景。     

量子计算及其在空气动力学中的应用前景综述

量子计算是最重要的后摩尔计算技术之一，拥有经典计算机无可比拟的超强计算能力，未来能够对各行业应用产生颠覆性的影响。针对量子计算给空气动力学带来的机遇和挑战，详细综述了量子计算机、量子算法、量子底层软件栈等方面的研究进展。结合空气动力学领域常用的基础方法，在综述量子计算线性方程组求解、插值操作、数值积分、优化搜索等最新进展的基础上，结合典型量子算法深入分析了量子计算在空气动力学领域的应用前景，并指出了需要重点关注的研究方向。     

CFD技术发展及其在航空领域中的应用进展

综述了计算流体力学(CFD)技术的近期发展情况,及其在航空领域的应用现状.在CFD技术发展方面,从计算格式、网格方法、湍流模拟3个方面进行了综述,并对未来CFD技术的发展方向进行了展望.在CFD技术的应用方面,重点介绍了飞行器外形优化、旋翼/直升机、非定常绕流、多体分离和进气道等重点应用领域的现状.     

从战略的高度重视和支持航空企业管理的计算机化

1、超大规模集成电路(VLSI)和计算机技术的发展和普遍应用给人类社会的发展带来了一次飞跃,进入了信息时代,人们将它概括为科学的计算机化、工程技术的计算机化和管理的计算机化.科学的计算机化将近代科学研究的实验和理论两大手段发展为实验、理论、计算三大手段,产生了计算数学、计算力学、计算物理学等一系列新学科,进入了人类对自然界长期没有认识的一整领域,使从原子物理到航空工程的许多领域有了重大的突破.工程技术的计算机化实现了工业过程的监测监控,CAD/CAM/CAE/CAT 一体化系     

计算流体力学并行计算技术研究综述

本文综述了中国空气动力研究与发展中心计算空气动力学研究所近年来开展的并行算法研究应用工作.包括有基于工作站机群和微机机群建立了分布式网络并行计算环境;在此并行环境下开展了CFD并行算法研究和并行应用软件开发研制;与国防科技大学计算机学院合作,开展了大型系列并行机研制过程中所选择的CFD并行程序的研制,并对计算机并行性能进行了测评.     

基于服务的高性能多学科优化计算在飞机设计中的应用

基于服务构架(SOA)的高性能多学科优化计算在飞机设计的应用中,能够解决超大规模设计变量和资源不足带来的一系列问题.本文介绍了先进的优化计算方法和基于高性能计算平台的解决途径及优势,并以BRIDGE项目为例介绍了该平台的具体应用.这一研究工作得到了国家"863"计划项目的支持.     

湍流大涡数值模拟的现状与展望

近年来,随着计算机技术和计算流体力学(CFD)技术的发展,大涡数值模拟(LES)越来越多地应用于解决湍流流动问题.本文介绍了当前LES研究与应用的主要领域以及取得的成果,分析了LES的局限及实施的难点,并对LES未来的研究方向和重点进行了总结.     

CFD评估框架的进展及其最佳实践: QNET-CFD知识库

QNET—CFD是欧盟R＆D项目开发的一个主题网络，该网络讨论了计算流体力学（CFD）供工业应用应具有的品质和可信度，其主要目的是以系统和质量控制的方式收集CFD和实验数据，建立两者相容的知识库（KB），以此为基础，支持对CFD进行指导和评估。QNET—CFD围绕覆盖下述工业部门的6个主题（TA）组成：外流空气动力学；燃烧和传热；化学过程、热水力学和核安全：土木建筑和HVAC；环境；涡轮机内流。其主要成果是建立了具有面向用户界面及丰富的实验和CFD数据的知识库，这些数据来自于大量实验数据，分为53种应用挑战（AC）和43种基本流动状态（UFR）。除对上述6个主题领域中每一个的科学发展动态给出述评外，KB还包含了对大多数应用挑战如何利用CFD的最实际的建议，这被视为QNET—CFD最有意义的贡献，CFD的可信度和质量水平将因此得以进一步提高。     

CFD软件自动化验证确认云平台设计与实现

针对大型计算流体力学(CFD)软件的验证与确认,为了减少人工成本,提高软件质量和开发效率,并适应于未来高性能计算发展的要求,基于云计算思想,提出了自动化测试云平台的解决方案。该方案采用模块化的浏览器/服务器(B/S)网络架构;利用LAMP(Linux+Apache+MySQL+PHP/Python)开发工具;建立了持续集成的专业数据库;构建了涵盖可靠集群监控、复杂作业调度及大规模并行计算功能的云端环境;实现了通过便捷的网络访问,自动加载测试算例、提交集群计算、监测实时进度、自动化后处理、输出分析结果,并提供丰富的实验对比图、误差分析报表和汇总报告等;完成了对大型CFD软件的自动化验证与确认。将该方案应用于某大规模并行计算的CFD软件,验证了该解决方案的可行性与实用性。     

Data Grids and High Energy Physics: A Melbourne Perspective

The University of Melbourne, Experimental Particle Physics group recognises that the future of computing is an important issue for the scientific community. It is in the nature of research for the questions posed to become more complex, requiring larger computing resources for each generation of experiment. As institutes and universities around the world increasingly pool their resources and work together to solve these questions, the need arises for more sophisticated computing techniques. One such technique, grid computing, is under investigation by many institutes across many disciplines and is the focus of much development in the computing community. ‘The Grid’, as it is commonly named, is heralded as the future of computing for research, education, and industry alike. This paper will introduce the basic concepts of grid technologies including the Globus toolkit and data grids as of July 2002. It will highlight the challenges faced in developing appropriate resource brokers and schedulers, and will look at the future of grids within high energy physics. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

CFD计算结果的静态及动态可视化显示方法

针对某翼型设计的 CFD计算结果,采用色调连续变化的图像映射方法,基于划分的计算网格,提出了三角单元结构的抽取和将 Gouraud-Shading与质心坐标插值法相结合的扫描线转换算法,并根据 HSV颜色模型的特点建立了可视化标量与颜色值之间的两种线性对应关系,在此基础上实现了翼型设计的 CFD计算结果中流体流函数和旋涡强度二维标量场的静态和动态可视化显示,实例证明了算法的有效性。     

A Scalable Infrastructure for Online Performance Analysis on CFD Application

The fast-growing demand of computational fluid dynamics(CFD) application for computing resources stimulates the development of high performance computing(HPC) and meanwhile raises new requirements for the technology of parallel application performance monitor and analysis.In response to large-scale and long-time running for the application of CFD,online and scalable performance analysis technology is required to optimize the parallel programs as well as to improve their operational efficiency.As a result,this research implements a scalable infrastructure for online performance analysis on CFD application with homogeneous or heterogeneous system.The infrastructure is part of the parallel application performance monitor and analysis system(PAPMAS) and is composed of two modules which are scalable data transmission module and data storage module.The paper analyzes and elaborates this infrastructure in detail with respect to its design and implementation.Furthermore,some experiments are carried out to verify the rationality and high efficiency of this infrastructure that could be adopted to meet the practical needs.     

风扇/压气机技术发展和对今后工作的建议

风扇 /压气机是航空涡轮发动机的关键部件之一 ,高推重比发动机对它们提出了更高的要求 ,出现了一些新的技术问题需要加以研究解决。本文评述了风扇 /压气机的发展趋势 ,对于提高其性能的主要措施如高叶片速度 ,低展弦比 ,高通流进口级 ,掠形叶片技术 ,大小叶片气动布局等都作了详尽程度不同的评述。风扇 /压气机内的非定常流动不仅影响气动性能 ,而且影响可靠性 ,如高周疲劳、失速和颤振等 ,应加强研究。现代计算流体力学为我们提供了跨越式发展的可能性。本文对今后工作提出了建议。     

利用数据库实现分布式任务的程序和数据存储

提出了一种建立在数据库管理系统层级之上的分布式任务的程序和数据存储模型,给出了基本的程序、数据存储模型设计、计算模型的基本体系结构和工作原理以及应具备的基本功能模块,为实现安全的、易用的、高性能的管理者-工作者计算模型打下了理论基础。     

综合导航系统信息融合模拟仿真平台设计CSCD

为解决综导系统的信息融合问题,设计了一种新型的综导系统信息融合模拟仿真研究平台。平台包括综导信息融合模拟评估导调台、惯性类导航设备模拟器、非惯性类导航设备模拟器、综合导航模拟器、电子海图系统和数据分析服务器六大模块。导调台采取一种新的船舶运动参数发生器模拟生成多种海况条件下船舶运动参数;综合导航模拟器采取多种融合算法并行运行方式,以方便比较不同算法的性能;数据分析服务器采用高性能计算机模拟公共计算环境,可研究适应未来船舶软硬件计算资源的信息融合方法。系统测试表明,基于平台的导航信息融合流程和效果满足要求,所设计的平台系统功能正常,可直接用于舰船信息融合算法的设计、分析、测试评估等工程研发工作。     

计算机系统的时间服务研究与应用

网络化计算和分布式应用,对计算机系统的时间同步精度要求越来越高。本文从一个全新的角度详细讨论了计算机系统结构中的时间服务机制对网络时间同步所起的至关重要的作用,依据这些机制,结合计算机网络计算模式,提出了基于C/S计算模式和NC模式的时间同步算法模型,并给出了应用实例。     

类脑计算研究进展

类脑计算是国际上的热门研究领域,也是人工智能发展的重要转折点.首先,回顾了近年来研究学者对局部脑功能运行机理的重要发现,并了解了其在类脑模型中的应用,如注意力机制和类脑导航等.随后阐述了神经形态计算芯片和人工神经元等类脑计算硬件的结构和特点,并对各国研究进展进行了简要梳理,从多个角度对类脑计算的研究内容、研究目标、研究方案和技术路线进行了全面总结.最后结合各国脑研究计划,分别从硬件和模型两个层面对芯片-算法兼容性及局部-全局整合等类脑计算的研究趋势进行了展望.     

浅论科学计算与信息

为适应市场经济、特别是信息产业的飞速发展,教育部设立了“信息与计算科学”本科专业,这使得数学学科迎来了新的生长机遇。本文从科学计算角度,介绍科学计算的历史、发展、特点及方法,并对科学计算与信息的关系进行初步的讨论。