E 级计算给 CFD 带来的机遇与挑战

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。     

一种叶轮机三维叶型黏性反问题方法

提出了一种应用于叶轮机三维叶片气动设计的黏性反问题方法,该方法将叶片表面边界视为是运动的壁面,通过建立并求解壁面法向动量方程,从而可根据给定的压力分布或压力面与吸力面之间的压力差分布直接求解叶型几何.结果表明:该方法可与定常雷诺平均Navier-Stokes(RANS)模拟配合进行求解,鲁棒性强、计算耗时短,且符合真实黏性流动环境,无需对叶型进行黏性修正.算例验证结果显示,该方法在单排和多排叶片环境下都能获得反问题解,计算稳定性和收敛性良好.      

RP-3航空煤油不同替代模型的空化流动特性

为研究RP-3航空煤油空化流动特性,采用GERG-2004方程构建了4种RP-3航空煤油的物理替代模型并给出其主要物性参数,对收缩扩张流道内航空煤油替代模型、正十二烷(C12H26)和水体的空化流动进行了数值计算研究,计算时考虑了饱和蒸汽压修正及航空煤油物性参数随流场温度变化。结果表明:由45％正十二烷、25%正十烷、5%辛烷、5%甲基环己烷和20%甲苯(摩尔比)组成的替代模型能够较好拟合RP-3的物质属性,可用来替代RP-3进行空化流动计算。常温下航空煤油的初生空化数小于水体,相同空化数下(σ=1.5),水体的空穴长度约为航空煤油的1.4倍,航空煤油的空化强度更弱,液汽交界面较模糊。随着温度的升高,航空煤油空化热力学效应增强,但其在煤油泵工作温度区域内空化热力学效应不显著,在煤油泵空化性能预测时可以忽略煤油空化热力学效应的影响。     

液体静压导轨小孔节流器结构对承载特性的影响研究

采用计算流体力学方法,建立支承油膜流场模型,对静压导轨支承油膜的承载机理及承载特性进行了研究,分析了小孔节流器孔径、孔长对承载特性影响,研究结果表明节流器孔径对油膜承载特性及刚度影响最大,而节流器孔长的影响次之,并通过实验进行了验证..     

基于非定常动量源方法的全机耦合气动分析

基于非定常动量源方法开展了直升机全机耦合气动分析研究。首先,以定常动量源模型为基础给出了高效的求解方法并验证其准确性。然后,将动量源项随时间变化添加至虚拟桨叶的所在位置,建立了能够体现流场非定常特性的非定常动量源模型。在此基础上,应用所建立的模拟方法深入开展了直升机全机耦合气动计算与分析。最后,结合飞行平衡模型分析了飞行参数对直升机气动特性的影响。研究结果表明,所建立的非定常动量源方法可以准确地模拟出桨叶的涡尾迹,可用于直升机全机耦合的气动分析研究。     

降落伞稳定下降阶段流场的数值模拟

随着计算流体力学(CFD)和结构有限元分析法的兴起，精确描绘降落伞力学特性成为可能。文中采用有限体积法求解不可压流的N—S方程，采用Spalan-Allmaras(SA)模型作为湍流模型，以模拟降落伞稳定下降阶段时的流场特性。流场的计算结果与实验数据基本一致，这表明该方法对降落伞的分析是有效并且可行的。     

评涡轮流量计Thompson-Grey的理论模型

运用流体动力学分析,指出了涡轮流量计的Thompson—Grey理论模型中存在的各种缺陷。计算结果表明,改进后的模型与实际情况的吻合程度有了很大提高,涡轮流量计仪表系数的理论估计值与实际值之间的偏差由原来的±(4％～6％)下降至±1.5％以内。     

航空、航天类中文核心期刊《实验流体力学》征稿简则

1．《实验流体力学》（双月刊），是中国空气动力学会主办的综合性学术兼技术刊物。主要传递实验流体力学及其相关领域的新信息、新成果和新动态。主要的读者对象是：从事实验流体力学及相关学科的研究、设计、制造与应用的广大科技人员和院校师生。内容包括：进展述评；流体力学实验理论、实验研究及实验技术（包括气动力、热等参数测量，流动显示。测控技术，数据采集及处理技术）；计算流体九学的实验验证；工程估算等。     

用解析离散法构造EWNO—FCT格式

本文利用了解析离散法的导数计算公式构造高精度ＷＥＮＯ格式，并引入ＦＣＴ通量修正技术以消除非物理解振荡，通过激波－边界层干扰，激波－旋涡相干结构的数据模拟证明方法既能够有效地捕捉激波间断，又对边界层分离及旋涡结构有很好的分辩率，是一类有效的高精度计算格式。     

基于代理模型的高效全局气动优化设计方法研究进展

基于高可信度计算流体力学的数值优化设计方法，在提高飞行器气动与综合性能方面正发挥着越来越重要的作用。基于代理模型的优化算法（SBO），由于能够实现高效全局优化，逐渐成为了气动优化设计领域的研究热点之一。近20年来，代理优化算法研究已取得了长足进步，多种先进的新型代理模型被提出，优化理论和算法也不断完善和发展。以飞行器精细化气动优化设计为背景，综述了基于代理模型的高效全局气动优化设计方法研究进展。首先，介绍了基于变可信度代理模型的气动优化设计方法、结合代理模型和伴随方法的气动优化设计方法以及基于非生物进化的并行气动优化设计方法的研究现状和最新进展。然后，针对飞行器气动优化设计学科领域的前沿问题，介绍了基于代理模型的多目标气动优化设计方法、混合反设计/优化设计方法、稳健气动优化设计方法的研究进展，以及基于代理模型的多学科优化设计方法的研究进展。文献综述表明，代理优化算法在设计效率、全局性以及鲁棒性等方面性能优良，已经发展到可以解决100维（100个设计变量）以内的气动优化设计问题，具有良好的工程应用前景。最后，探讨了基于代理模型的高效全局气动优化设计在理论、方法及飞行器设计应用方面所面临的问题和挑战，给出了未来研究方向的建议。