FlowStar:国家数值风洞(NNW)工程非结构通用CFD软件

计算流体力学（CFD）仿真软件是流体相关的数学物理知识和工程实践经验的数字化表达，是工业数字化转型的重要助推。然而，大型工业CFD软件研发难度极高，需要同时兼顾功能多样、系统稳定、性能优越、交互友好等特征。依托国家数值风洞（NNW）工程，研发出一款通用流场模拟软件NNW-FlowStar，并在航空、航天等工业部门大力推广使用。软件基于非结构有限体积求解方法和大规模并行计算技术开发，结合现代化软件工程思维设计，具备先进的数值方法、高效的计算效率和友好的用户操作界面，可满足各类复杂外形的高效气动模拟。独特的重叠网格技术配合六自由度运动模块，可帮助实现武器分离、舱门定轴转动等各类气动-运动协同仿真需求。多类标模案例和复杂工程应用表明，FlowStar软件算法鲁棒、精度可靠，是一款高精度、高效率、高可靠性的通用CFD仿真软件。通过对软件的架构设计和功能应用进行介绍，使相关从业人员能更好地了解FlowStar软件，最终促进国产自主CFD软件生态的良性发展。     

NNW-TopViz流场可视分析系统

流场可视化技术采用图形图像直观地表现CFD数值模拟的计算结果，使用户能够方便地对这些数据进行分析、比较和研究。然而，CFD数值模拟的流动复杂，其产生的流场数据规模巨大、数据类型复杂、特征提取困难，传统的串行可视化软件效率低、交互手段单一，难以满足数据分析的需求。国家数值风洞（NNW）工程研制了一套流场数据处理可视化软件系统（NNW-TopViz，简称TopViz），具有对流场数据处理与特征提取、几何图形绘制等可视化与交互功能。根据可视分析效率需求，TopViz实现了线程并行，在多核计算环境下有效提高了可视化计算和交互效率；针对流场特征提取困难、常规方法效率低的问题，TopViz实现了基于卷积神经网络的流场旋涡特征提取方法，提升了特征提取准确率和效率；为提高软件交互效率并提供便捷的交互方式和体验，基于头戴式显示设备和体感控制器构建沉浸式虚拟显示与交互平台，TopViz实现了手势和眼球凝视2种交互方法，提供沉浸式环境下多视图、多角度流场探测方式。     

前体尾流对降落伞工作性能的影响

为研究前体尾流对降落伞工作性能的非定常影响，基于Realizablek-ε湍流模型采用PISO算法开展了物伞系统的非定常绕流数值计算，获得了精细的流场旋涡结构。在此基础上，研究了不同拖曳比下物伞系统的尾涡演变规律、流场分布规律以及伞衣气动特性变化。结果表明:前体尾涡导致伞衣入口处的涡量大小和方向时刻变化，随拖曳比增加，涡量黏性耗散增强，进入伞衣的旋涡强度逐渐减弱，伞衣入口形成稳定的负涡量区，伞衣尾涡脱离周期随之延长；拖曳比对尾涡区后端（伞衣入口处）流场压力的影响远大于前端，随拖曳比增加，流动形式逐渐由闭式转变为开式，流场的速度分布和压力分布更为对称，伞衣入口形成稳定的正压区，内外压差增加；当拖曳比大于9时，前体尾流对降落伞阻力系数和表面压强系数的影响减小。      

地球同步轨道星地量子信道特性研究

为了研究地球同步轨道量子密钥分发过程中星地量子信道特性，项目团队研制了搭载于实践二十卫星的极弱光偏振态分发设备，开展了地球同步轨道卫星与地面间光子偏振态的传输实验。实验时，星载偏振光分发设备根据遥控指令以50MHz频率驱动四个激光器出光，分发|0〉、|π/2〉、|π/4〉和|3π/4〉四种偏振态光子，经过长距离的空间传输后由地面站望远镜接收，最后由超导探测器探测。研究结果表明，地球同步轨道卫星到地面站的光学链路衰减约为100~110 dB，通道误码率约为2%~8%，满足量子密钥分发误码率的安全性要求。     

气冷涡轮导叶流热耦合计算及机理

针对气冷涡轮叶片的多场耦合特性，利用流热耦合（CHT）方法，对采用不同气冷结构的高压涡轮导叶进行数值模拟。在内冷涡轮导叶算例中，对比实验数据选取精度较高的流热耦合计算方案，分析该内冷涡轮导叶的多场特性及耦合机理。在此基础上，以带有气膜冷却孔及内冷通道的气冷涡轮导叶为研究对象，重点围绕冷却射流与主流的相互作用，讨论近壁边界层中流热耦合关系及气冷效率影响因素等相关问题。结果表明:采用流热耦合计算方法及合适的湍流转捩模型有利于提高数值精度；气冷涡轮导叶的流场温度场密切耦合，流动换热特性互相影响；冷气射速低时，增加冷气流量可提高气膜冷却效率，冷气量达到一定值时，冷气流量增加将导致气膜冷却孔后上游冷却效果变差，下游冷却效果变好；冷气射速较高时，将与主流相互作用产生复杂流动结构（如肾形涡、马蹄涡等），对温度分布存在一定影响。      

基于变马赫数的五孔探针三维插值方法

探讨了五孔探针气动数据的插值方法,为提高插值精度,开发了基于传统线性插值法的三维线性插值法。该方法把同一探针在不同马赫数下的校准图形成三维数据库,将实验数据通过三维图进行插值。并使用改进前后的两种插值方法分别对校准风洞测得的数据进行整理,对比结果证明:在实验工况连续变化的情况下,三维线性插值法在插值精度上要优于传统线性插值法。特别是在来流马赫数变化较大时,该方法可以改善单一校准文件处理造成的数据精度问题,可用于自动化流场采集系统,为流场高速高精度采集奠定基础。     

粒子运动轨迹的图像处理及流场重构算法研究

为了高效获得颗粒的速度分布，提出一种针对单帧单曝光图像的图像处理方法和流场重构方法。图像处理过程包含去噪、锐化、自适应阈值分割、闭运算、去除小颗粒、骨架提取、速度提取、二义性判断、求切线等步骤和方法，对该处理过程的主要误差也进行了分析与修正。流场重构使用了基于RBF（Radial Basis Function）插值且采用迎风插值进行优化的算法，插值结果以速度云图及矢量图的形式展示，对该过程的主要误差也进行了分析与验证。最后的处理结果显示，针对单帧单曝光图像的图像处理方法和流场重构方法具有可行性。     

S波自旋单态底夸克偶素衰变到粲夸克对

对S波自旋单态底夸克偶素衰变到粲夸克对进行了研究，同时还研究了S波自旋单态和自旋三重态底夸克偶素衰变到D介子对。利用BaBar实验组测量得到的自旋三重态底夸克偶素衰变到D介子分支比的数据，发现自旋三重态底夸克偶素的色八重态矩阵元远小于理论预言，理论预言要比实验上限大20倍以上；得到S波自旋单态底夸克偶素衰变到粲夸克对的分支比的理论预言，可以进行实验测量从而研究色八重态矩阵元；得到S波自旋单态底夸克偶素衰变到D介子对的分支比的理论预言，与其他理论预言差异较大。这些预言可以通过BelleⅡ的实验进行验证，从而得到更多强子化的信息。