基于面向对象的非结构航空CFD软件体系结构设计

基于面向对象程序设计思想和航空计算流体力学（CFD）流程,设计了包含基础功能层、功能模块层和应用程序层的CFD软件体系结构,实现了面向航空飞行器空气动力学问题的非结构网格Navier-Stokes方程求解软件ARI-CFD V1.0的研制。同时,也通过二维零压力梯度平板和二维翼型算例对软件的有效性进行了验证。此外,ARI-CFD软件采用面向对象设计,有效解决了早期航空CFD软件采用面向数据流的结构化设计所带来的可维护性差、可重用性低以及大型工业程序研制周期长等问题,可以为面向航空飞行器设计的多学科仿真软件高效、可持续性研制提供有效支撑。     

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。     

组件技术与软件体系结构

软件开发是一项十分具有创造性的工作,其中,包含了诸多的原理、技术和思想。组件技术就是其中的一个。它的提出根植于面向对象的原理,它不仅为广大程序员提供了更为广阔的空间,同时也对传统的软件体系结构提出了挑战,为将来的软件开发与软件工程技术提供了良好的技术支持。本文介绍了软件开发的历史演变,以及传统软件开发过程的弊端。同时介绍了组件技术产生的市场以及技术需求,阐述了组件技术的基本原理和特点,最后着重于组件技术在当今软件体系结构方面的应用。     

CFD软件可信度评价知识库系统构建研究

针对气动数值模拟及可信度评价对知识库建设的迫切需求,综合调研并对比分析了国内外不同CFD知识库发展现状、知识库构建等相关技术,同时结合构建的气动力/热CFD软件可信度评价知识体系,重点开展了基于Wiki的知识库构建技术研究和基于Neo4j图数据库的知识图谱构建研究,形成基于开源Wiki框架的气动力/热CFD软件可信度评价知识库原型系统的建设方案。在此基础上,从制定知识入库流程、确定权威知识来源、制定标准档案模版、组织知识评审机构等四个方面明确了知识库建设的基本原则,确保知识库系统建设工作顺利展开,并为CFD知识库的后续发展提供应用示范和技术储备。     

CFD不确定度量化方法研究综述

随着计算流体力学(CFD)算法和软件的不断发展和完善,CFD数值模拟已经在涉及流体力学的各个领域发挥着日益重要的作用.不确定性因素在CFD计算过程中普遍存在,并且会对数值模拟结果造成影响.发展CFD不确定度量化方法,既能满足工程实践中对CFD可信度评估的需求,同时也能够支撑飞行器的精细化设计.本文旨在总结不确定度量化方法及其在CFD领域中的发展与应用.首先介绍CFD计算中的不确定性来源,以及不确定性的表现形式—随机不确定性和认知不确定性.然后按照不确定性的表现形式介绍对应的不确定度量化方法.最后介绍不确定度量化方法在CFD计算中的发展与应用,并且给出进一步开展不确定度量化工作的建议.     

氢燃料超燃冲压发动机燃烧室非结构网格数值模拟

采用格点有限体积法离散积分形式Favre平均的三维Navier-Stokes方程,基于非结构、混合网格发展了CFD并行隐式流场解算器AHL_UNS3D.计算了Burrows和Kurkov的二维氢气顺喷的扩散和反应流,出口参数和实验值较吻合,证明了软件具备多组分扩散流和湍流反应流的模拟能力,并将该软件分别应用到了Hyshot计划的地面实验超燃冲压发动机和NAL的双模态燃烧室模型的氢气燃烧湍流反应流的二维和三维jet-to-jet数值模拟中,得到了与实验值及文献一致的计算结果.     

CFD软件-PHOENICS及在燃气涡轮流场计算中的应用

了解不同CFD软件,是选好CFD软件、并经济地解决问题的关键.本文从离散方法、求解过程、湍流模型、两相流处理、结果输出等方面对Phoenics软件作一解读,并给出某燃气轮机内气固两相流动的流场计算和颗粒轨迹计算实例,以Eulerian-Lagrangian方法的成功应用,验证了Phoenics软件较强的适用性.     

CFD计算网格误差分析的一个算例

为了给一般工程问题的CFD仿真的网格划分提供参考,研究了光滑直圆管中粘性稳态等温流动在不同尺寸、不同纵横比网格情况下的CFD计算数值解的误差.采用FLUENT软件进行数值计算,应用CFD仿真验证和确认的基本方法,与精确解比较,计算了各种网格的数值计算结果的误差,得到了网格独立解的网格尺寸,给出了误差随网格尺寸变化的规律.     

基于自主软件LSWS的典型地形大气CFD模式研究与应用

基于我国典型地形风资源评估、风电场微观选址及风电预测等的发展要求,根据风场实测数据,提出了两种风廓线模型：一种是利用实测数据修正的Gryning风廓线模型,另一种是结合分段函数及理论公式拟合的风廓线模型。考虑大气热效应、地转效应等大气效应,结合改进的雷诺时均$k {text{-}} varepsilon$两方程湍流模型,建立了能够模拟不同大气稳定度的典型地形大气CFD模式,开发了自主可控的风场CFD模拟软件LSWS（large scale wind simulation）。以锡林浩特平坦草原地形和山西丘陵地形的风场为例,比较了自主软件LSWS和商业软件Fluent的模拟精度。模拟结果显示：对于锡林浩特平坦草原地形风场,两个软件模拟结果与实测数据总体吻合良好;在稳定大气状态下,LSWS的计算精度较Fluent最大提升6.33%;在模拟山西丘陵地形时,LSWS的计算精度明显高于Fluent,特别是绕山脊的山后流场模拟更加合理,LSWS计算精度较Fluent最多提升40%以上。     

基于CFD方法的大型客机高速气动设计

大型客机高速气动设计需融入型号的设计经验、准确的数值分析方法以及高效的全局优化流程。将型号研制积累的设计经验及准则与现有数值计算工具、优化算法和计算机硬件资源相结合,探索发展了基于CFD的大型客机气动优化设计综合方法,该方法系统综合全局优化与局部寻优、人工经验与数值优化、参数化方法和参数控制以及自动化网格生成等方法和技术,大幅提升了气动设计效率。同时,完善了工程中实用的大型客机高速气动设计方法和流程,设计过程中融入了气动、结冰、静气动弹性等多专业的综合约束,反映了机翼设计多学科综合的本质特征,有助于形成综合最优的设计方案。以大型客机的超临界机翼优化设计为例,叙述了其在高速气动设计工作中的应用。     

亚跨超CFD软件平台研制

亚跨ＣＦＤ软件平台研制的宗旨是综合国内外计算流体动力学的最新研究成果,用计算机软件技术的新发展,建立一个面向对象的计算流体动力学的研究开发环境,加快计算流体动力学最新成果向工程应用的转换速度。本文介绍初级版本的研究进展和研究成果,主要匝数值网格生成技术,流场解算器,面向对象的界面设计等三部分组成。     

二维间断有限元混合网格混合算法研究

针对二维流场进行结构／非结构混合网格划分,在靠近物面处生成结构化网格,在结构化网格以外和远场之间以非结构化网格填充。使用间断有限元方法（DGM）离散Euler方程。在混合网格混合算法中,结构化网格区域使用结构DGM,非结构化网格区域使用非结构DGM,保证结构／非结构对接面处的通量守恒,并加入moment限制器消除激波前后伪震荡。对NACA0012和RAE2822翼型跨音速无粘流动的数值模拟结果说明了混合算法的有效性以及在捕捉间断方面的能力。     

高可扩展的气动数值模拟软件架构设计研究

针对气动数值模拟软件的可扩展性需求,研究和发展了基于框架的气动数值模拟软件架构设计方法,并给出了一种基于面向对象技术的高可扩展性架构设计。设计具有稳定的气动数值模拟业务逻辑框架和可扩展的气动数值模拟功能插件。同时应用了数据为中心的设计,进一步减少了各功能插件之间因数据流而导致的耦合。原型系统开发结果表明,设计中各类功能插件高内聚和松耦合特性、利于扩展,能够满足气动数值模拟软件来自功能和性能优化的可扩展性需求。     

基于TMS320C64XXDSP的软件开发及优化

介绍了TMS320C64XX的性能特点,给出了其程序开发流程,详细讨论了软件开发中常用的优化方法,这些方法有一定的工程应用价值。     

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.     

计算流体力学非结构混合网格高精度格式研究现状

介绍了航空CFD技术中的非结构混合网格高精度格式的基本理论和方法,国内外研究现状,几种非结构混合网格高精度格式。     

HyperFLOW软件数值模拟TrapWing高升力外形

采用High-Lift研讨会提供的梯形翼外形(TrapWing),利用自主研发的基于结构、非结构网格的通用CFD软件HyperFLOW进行了数值计算,以评估其对复杂外形低速流的模拟能力。分别采用了三套不同拓扑结构的计算网格,包括两套非结构/混合网格和一套多块结构网格,每套网格又分为粗、中、细三种密度不同的网格数量以考察其网格收敛性。利用Richardson插值法,对计算结果开展了可信度分析。结果表明,不管是结构网格还是非结构网格,HyperFLOW均建立了可接受的可信度;对于高升力外形数值模拟,SA湍流模型要比SST湍流模型模拟的更准确;在失速迎角附近,现有的二阶精度解算器仍需持续改进。     

鱼类“钻石”状群游流动干扰及其减阻机理的数值研究

观察研究发现,在鱼类的群游中,鱼体可以有效利用相互之间有益的干扰,减少游动阻力,增强自己的推力和游动效率.本文基于作者以往建立的动态混合网格生成方法以及不可压缩流非定常计算方法,对四鱼呈"钻石"阵型排列的群游进行了数值模拟,通过不同横向间距、不同流向间距、不同相位差等游动状态下流场结构、力学特性的比较,分析了鱼体之间的横向干扰和流向干扰,对其降低阻力、减少功耗的流动机理进行了探讨.     

基于气动标模数据的接口设计与实现

针对开展CFD软件评价、测试、计算工作中,标模数据需要进一步预处理导致效率低下的问题,设计实现一套面向空气动力领域的标模数据调用接口系统,接口采用Apache开源CXF框架为核心,实现以SOAP协议传输XML标模数据结构。收集分析标模数据,建立标模数据库;根据调用方实际需求,以及标模数据特征制定交互方案;基于CXF框架使用Java语言,实现SOAP协议的XML数据传输的接口系统,接口系统包含4个API函数供使用方调用。通过实际工程应用,显著提升了数据交互、处理的效率。