计算流体动力学的问题范围及最新发展

1、引言本文是关于计算流体动力学问题范围和最新发展的译述。所谓“最新”是相对于我的书(Roache,1972)而言的。(为简短起见,那本书在本文中称为 CFD。本文里的有些课题在 CFD 中已提及但强调得不够,而其余的在写那本书时尚未出现。     

基于面向对象的面元法

本文介绍了八十年代出现的面向对象的程序设计方法，讨论了用这种方法开发空气动力数值计算中的面元法的优点，并详细介绍了采用面向对象的程序设计开发面元法的设计思想。     

李椿萱著名计算流体力学专家

计算流体动力学技术是一种计算机模拟技术,它集流体力学、数值计算方法以及计算机图形学于一体。航空航天领域是计算流体动力学技术应用的传统领域,也是应用最为成功的领域之一,首先请您介绍一下该技术的发展现状。     

基于耦合传输的薄壁铝铸件充型参数

根据传热学和流体动力学原理，对调压充填的耦合传输现象进行了理论分析，提出了铝合金薄壁铸件工艺参数的计算方法，并给出了应用实例。     

在无粘跨音速流动中影响机翼颤振的参数研究

随着基于气动Euler方程的人工无粘计算流体动力学谐波平衡代码的应用，一些结构参数和自由流跨音速马赫数具有二自由度典型跨音速翼型的颤振，所用谐波平衡气动模型和时间有关项采用线性离散，这样处理以后，和以前计算模型的效率相比，可以获得更高的计算效率。     

流体绕流的玻尔兹曼方法模拟

流体绕流是数值模拟与计算的传统研究领域。本文应用正方格点阵玻尔兹曼方法模拟流体绕流状态的演化过程，分析了流体动力学现象。     

四两拔千金--几种新奇的流场控制方法

在过去的一个世纪里，流体动力设计有了突破性的进展，已经从给定一个外形计算其上的空气动力和力矩演进到对流场进行主动控制使其变为所希望的特性，本文是《美国航空航天》杂志２０００年 １１期刊出的６种流场控制方法，都是国外一些最新的研究成果，构思新奇、效果显著，很有启发性     

关于涡量的动力学边界条件

本文讨论了以涡量为变量的流体动力学描述方法中涡量的边界条件问题，并且用有关的数值计算结果对应用各种边界条件的结果进行了验证。     

轴流压气机级效率优化

本提出了一个考虑种几何和流体动力学及机械约束条件的轴流式压气机级效率优化方法，叙述了优化问题的模型。计算表明该方法是有效且实用的。     

分布实时计算远程操作引用机制研究

传统的面向对象程序设计(OOP)机制由于缺少对面向对象分布实时计算(DRTC)特殊性的计算语义支持,不能很好地支持DRTC应用。解决上述问题的一个有效途径是扩展传统的OOP机制、为DRTC特殊性提供计算语义支持。提出了一个面向对象分布实时计算模型;研究设计了支持该模型的几种实时远程操作引用机制:同步远程操作引用、异步远程操作引用和多复本实时操作引用;并在一个实验分布实时计算系统EDRTCS中进行了实现。     

大型 CFD 软件自动化测试平台的初步设计与实现

针对大型通用 CFD 软件研制的需求,为了提升 CFD 软件的开发效率,初步设计与开发了一个 CFD 软件自动化测试平台。该平台基于 MySQL 数据库,通过前台界面和远程集群后台管理程序的网络信息交互,实现了自主研发的通用 CFD 软件平台(HyperFLOW)的自动测试及验证与确认。根据需要适当修改前置处理接口,该平台亦可推广应用于其他 CFD 软件的自动测试。本文重点介绍了平台的基本框架和总体设计思路、平台的数据库和前台管理 GUI 设计、网络交互和后台管理等,并利用典型算例对计算结果的验证与确认过程进行了简要介绍,最后对平台构建的后续工作进行了展望。     

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。     

火箭气动设计集成平台中FASTRAN的二次开发

针对火箭设计过程中的气动特性计算,对计算流体力学软件FASTRAN进行二次开发。在C++语言环境下编写火箭气动设计平台中FASTRAN自动化批处理模块。用户使用此模块输入作业的关键参数,自动批量生成脚本文件,并从后台加载计算进程,使用脚本功能自动控制参数设置和计算过程,完成后导出气动力与气动载荷数据,以内置格式自动生成结果报告。这一过程代替人工操作,减少了工作量,提高了设计效率。以两种火箭构型为例,计算并分析得出不同状态下的升、阻力系数和压心位置随马赫数的变化规律。计算结果与实验数据吻合良好,误差在可接受范围内,可以为火箭的初步设计提供参考和依据。     

带舵面垂尾跨声速颤振计算研究

基于自研软件平台UNSMB,采用CFD/CSD耦合的颤振时域分析方法,对某带舵面垂尾的风洞模型进行了跨声速颤振特性分析。研究了洞壁对颤振边界的影响,通过改变网格大小,设置不同的边界条件,对洞壁的模拟方法进行了对比研究,最终获得了与试验数据吻合很好的结果,表明洞壁对模型的颤振边界存在较大影响,同时表明UNSMB平台的跨声速颤振计算具有较高的精度。     

国家数值风洞(NNW)工程中的CFD基础科学问题研究进展

计算流体力学（CFD）基础理论方面的持续创新对数值模拟软件的功能拓展及推广应用具有十分重要的意义,国家数值风洞（NNW）工程在CFD相关的若干关键基础科学问题上开展了研究。简要综述了国内各参研团队近3年的研究进展,NNW工程在转捩与湍流模型及计算方法、多相多介质计算模型与方法、多物理场耦合计算模型与方法、高精度数值计算方法等方面形成了一系列阶段性的研究成果,建立了多种原创算法与模型。这些算法与模型中具有较高成熟度的将被集成至NNW工程的相关软件,并面向全国发布。     

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。     

亚跨超CFD软件平台中的网格生成技术

在亚跨超ＣＦＤ软件平台中,提供了一个网格生成平台。利用它,可以快速生成常规兵器、常规导弹和正常布局的常规战斗机的计算网格。有多种拓扑结构和多种方法可供选择。结果表明,生成的网格实用,质量令人满意。气动特性的计算结果也是可靠的。     

短周期涡轮实验的发展趋势

对国外短周期涡轮实验技术的发展及其应用范围开拓的情况进行了综述和分析.比较了长短周期涡轮实验技术各自的优点和不足.近年来, 在发展高性能航空发动机的需求带动下, 短周期涡轮实验技术正在努力克服自身的薄弱环节, 力争达到长周期涡轮实验技术所能达到的性能测试精度.其发展目标是争取部分替代长周期涡轮实验, 由单纯机理性实验平台向部件性能研发平台扩展.同时, 作为重要的基础研究平台, 短周期涡轮实验台在机理研究领域也有所拓宽, 开始被应用于新设计理念的验证、CFD设计分析软件的校验等新的领域.      

TRIP2.0_SOLVER的开发与应用

本文介绍了“亚跨超CFD软件平台”2.0版本流场解算器部分(TRIP2.0_SOLVER)的开发工作和应用情况,重点是结构网格部分的开发工作,包括对接网格、拼接网格、重叠网格等多种网格拓扑结构。TRIP2.0_SOLVER采用有限体积法离散雷诺平均的N-S方程,数值模拟绕流飞行器的空间流场和飞行器的气动特性,本文从软件已经具备的基本功能,用户界面的开发、软件测试和和多种网格拓扑结构的应用等四个方面总结了亚跨超CFD软件平台流场解算器(TRIP2.0_SOLVER)的工作进展情况。     

桨尖喷气驱动系统的实验与数值模拟研究

桨尖喷气驱动是一种很有应用前景的动力驱动类型,针对桨尖喷气驱动系统进行设计研究。通过建立压气机式桨尖喷气驱动系统的实验平台,改变入口条件,测量得到喷气管道内部的流动参数以及桨尖喷口的静推力,进而计算此驱动系统的输出功率,对整个驱动系统的性能进行试验分析,然后采用CFD数值模拟方法对试验的各个流动状态进行仿真计算。结果表明:CFD数值计算结果与试验值吻合的很好,随着入口总压的提高,推力及功率变大,同时说明了CFD数值方法的可靠性,也为CFD数值模拟技术在喷气驱动系统的效率以及动力来源的选择与适配研究提供了参考。