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。     

高性能流场并行粒子追踪数据管理系统

随着当下计算能力和存储性能的提升,流场数据产出的规模越来越庞大,针对流场数据的可视化应用对于硬件及软件算法的要求也随之提高。基于国家数值风洞（NNW）工程支持,主导设计并开发了高性能流场并行粒子追踪数据管理系统,帮助用户探索和分析大规模流场数据。该系统针对流场数据提供多种高效的数据管理方法,在超算集群上针对并行粒子追踪过程进行了数据预取优化与负载均衡优化。对于粒子追踪过程中产生的流线（或迹线）及进程工作记录数据,该系统支持用户在本地平台上进行性能诊断和分析。使用不同流场数据集开展的两个应用实例验证了该系统的有效性。     

基于POD-BPNN的热启动策略及其在气动代理优化中的应用

传统气动优化设计需要大量CFD 分析,而代理优化（SBO）方法能够有效降低CFD 分析次数,但该方法并没有改变单个CFD 分析时间。提出一种基于本征正交分解-反向传播神经网络（POD-BPNN）模型的热启动策略,并应用于气动代理优化。使用POD-BPNN 模型对SBO 中的初始样本建立从几何设计变量到流场数据的预测模型...     

基于磁共振测速的复合冷却涡轮叶片流动分析

针对传统光学测量技术难以完整地测量涡轮叶片复杂冷却结构内部三维流场的问题，采用磁共振测速（MRV）技术测量了一种复合冷却涡轮叶片内部的三维流场，并重点研究了叶片尾缘的流动特征。在通过MRV数据验证计算流体力学（CFD）准确性和可靠性的基础上，进一步通过CFD研究了全高、半高扰流柱对尾缘弦向出流的影响。结果表明，MRV成功地捕捉到了复合冷却涡轮叶片内部流动特征（如扰流柱和半劈缝处的漩涡结构等）。CFD与MRV数据在尾缘处有一致的出流趋势：气膜孔出流量沿展向逐渐减小，而半劈缝出流量沿展向逐渐增大。通过不同扰流柱设计的尾缘CFD对比发现，全高、半高扰流柱对尾缘流动的影响主要在于增大了流阻和出流的驱动压差，进而改变了出流情况，使得气膜孔整体出流量增大约2.8%，半劈缝整体出流量减小约2.8%。     

一种高效OpenGL多线程文本绘制方法

OpenGL库没有提供直接的文本显示和处理函数,文献[4]给出一种基于GDI的OpenGL文本绘制方法,但该方法效率低,CPU占用量大。考虑到Windows多线程机制,对上述方法做出改进,提出了一种基于多线程的OpenGL文本绘制方法。该方法可有效利用多核处理器的优势,在对实时性要求较高或进行大批量文本数据绘制等方面有明显优势。实验结果表明,使用此方法能够有效提高文本绘制效率,改善用户体验。     

民机CAD/CAE数据融合可视化

为提升民机设计质量以及设计评估效率,提出一种以民机仿真数据可视化引擎为基础,有效融合民机CAD数模的多学科数据融合可视化方法。首先,依靠主流CAD系统对STEP国际标准协议文件格式的支持,在通用的工程仿真数据可视化引擎上搭建解析读取STEP文件的接口,读入的设计数据与相关的仿真数据共同存放在可视化平台场景树结构内,显示于统一的场景;然后,凭借计算机集群并行渲染提高交互可视化帧率,便于工程人员与民机多学科数据实时交互。平台融合了CAD/CAE数据剖切、测量、流线提取等交互可视化分析功能,支持全尺寸立体VR显示,可在多通道沉浸式显示系统开展协同评估。通过相关案例展示与分析了民机多学科数据融合效果,验证了CAD/CAE数据融合可视化平台的可行性和有效性。     

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。     

计算流动显示的并行处理研究

计算流动显示是研究高温高速气体动力学属性的一种有效手段,其缺点是计算过程复杂,计算量大.本文在分析其实现原理的基础上,提出并讨论了两种并行计算流动显示的处理模式,并比较了其适用范围.     

基于POD-RBFN降阶模型的串列叶栅流场预测

通过传统实验或CFD 手段获取流场信息的方法往往需要耗费大量资源或时间,这在需要快速获取大量流场信息时产生的成本是无法接受的,发展比传统CFD 更快速的流场预测方法具有重要意义。采用本征正交分解（POD）方法对样本流场进行模态分解,提取流场的主导模态;而后采用径向基函数神经网络（RBFN）响应POD 基函数的系数,实现流场降阶预测模型的构建,并在模型中采用基于函数响应偏差的自适应抽样方法;通过某串列叶栅非定常流场数据对预测模型进行验证。结果表明：本文构建的POD-RBFN 混合模型可以快速准确地预测出串列叶栅的流场参数分布;与静态采样相比,本文采用的自适应采样方法在采样效率上表现出明显优势,同样重构精度所需的样本数降低了25% 左右。     

基于CFD的机翼结冰过程分析

采用一种适用于分析机翼结冰过程的数值模拟方法,该方法在飞机结冰气象条件下采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）对机翼流场进行计算,获得流场中二维机翼翼型的水滴撞击特性,并遵循质量和能量守恒方程,计算出机翼表面的结冰量,预测出机翼的积冰形状。所得冰形与文献中的试验数据吻合良好,表明数值模拟方法有效。另外还分析了结冰对机翼升力、阻力和压力系数的影响,其结果可以指导飞机机翼防／除冰系统的设计研究     

航空发动机主燃烧室出口温度场可视化设计

为了满足航空发动机主燃烧室试验出口温度场可视化需求,基于主燃烧室出口温度场测试原理,通过温度数据网格化、温度数据-颜色映射、以云图形式显示出口温度场数据的方法进行温度场可视化设计,并在Visual Basic 6.0下基于Tee chart控件开发了出口温度场可视化软件。应用结果表明:在试验中,通过与现有测控软件出口温度场数据交互,可视化软件能够实时、真实、直观地显示主燃烧室出口温度场变化情况,有助于试验人员快速判断出口温度场品质,进而缩短试验时间,降低试验费用,有效提高试验效率。     

开放式气动力数值模拟系统研究

气动力数值模拟系统是ＣＦＤ流场解算技术、网格生成技术、数据可视化技术和网络技术相结合的产物。描述了一种运行于计算机网格环境下多任务、多用户、交互式的数值模拟软件环境－ 气动力数值模拟系统,该环境能计算模拟亚、跨、超音速绕流的气动力,也能方便地集成模拟不同复杂气动布局飞机流场的解算程序。介绍了其网格生成、数据可视化、系统接口等核心部分的结构和功能。     

高速聚焦纹影改进及应用

聚焦纹影技术能对垂直于光轴的特定平面内的流场细节进行显示,该特点使其成为近年来被重新研究的流场显示技术之一。本文在综合考虑了锐聚焦深度、非锐聚焦深度、灵敏度和清晰度等指标情况下,结合风洞实际情况,研制了一套聚焦纹影装置。主要在均匀照明流场、切割光栅的制作和不通过成像屏的高速相机直接记录等方面进行了改进工作,得到了较好的显示结果,并在小激波风洞上进行了相关的验证工作。同时,对采用聚焦纹影显示高速变化的流场也进行了探索,提出了相关的建议。     

基于体绘制的真三维显示中体素路径优化算法分析

由于基于体素的绘制方法所需处理体素数据很大,而体素激活的随机顺序与体数据存储顺序不一致,因此需要在体素激活前对体素按照立体显示的要求进行路径优化.本文针对该问题描述和分析了体素化过程,并提出一个典型的体素化流程.在此基础上,重点分析了流程中的体素路径优化算法,对其进行分析后进行数学建模并转化为TSP问题,最后提出了一个...     

用于小Re数流动显示研究的水平式肥皂膜水洞

介绍了一种用于小如数流动显示研究的水平式肥皂膜水洞。该装置试验段流速稳定,流速范围为0．2～1．5m／s。采用了几种模型在该水洞中进行试验,试验结果表明,水平式肥皂膜水洞在研究小胁数流动显示方面具有独特优势,能够反映出物体在小胁数下的微细流动特征。     

CVI反应器气体流动可视化发烟系统

CVI反应器内气体的输运对基体的沉积速度与沉积质量有重要的影响.本文介绍了一种基于TiCl4与H2O反应产生TiO2烟雾而设计的发烟系统,能使模拟CVI反应器内复杂的与不可观察的气体流动现象可视化.该系统结构简单,可操作性强,形成的烟流总流量与密度可调且长时间可视、均匀.流场照片表明其发烟效果很好,能满足CVI反应器内气体流场的显示研究.     

CFD可视化研究与进展

计算流体力学（ＣＦＤ）是可视化的重要应用领域,本文以ＣＦＤ可视化的研究内容、研究方式和研究模型为出发点,详细讨论了ＣＦＤ矢量场和张量场的各种显示技术,指出了ＣＦＤ可视化中多变量数据分析和特征可视化研究的现状及其发展趋势。从中可以看出ＣＦＤ是可视化中的一个非常重要而又极富挑战性的研究领域。     

风挡防冰热性能分析工程模型的建立和验证

为表明飞行条件和结冰条件所有组合下防冰能力是足够的,分析了风挡的设计需求和流场特性,建立了理论上保守的工程模型,确定了模型的关键系数;通过飞行试验数据修正了关键系数并验证了模型;该模型能够便捷地使用常用的编程语言甚至EXCEL内置函数实现对所有组合状态的性能分析,其结果能够支持适航取证及CFD计算状态筛选。