軟件部署|又一國產(chǎn)計算流體力學(xué)軟件成功部署北京超算云桌面!
作為NNW工程套裝軟件之一,NNW-FlowStar軟件旨在打造工業(yè)級的自主CFD軟件產(chǎn)品。目前新版本同步已在北京平博pinnacle体育官网計算中心云桌面部署,為廣大用戶提供了更便捷的模擬、設(shè)計和優(yōu)化的工具去發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律和現(xiàn)象并解決工程實際需要。
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研究背景
計算流體力學(xué)(CFD,Computational Fluid Dynamics)軟件是支撐武器裝備、航空航天、交通運輸、能源動力、橋梁建筑等產(chǎn)業(yè)和領(lǐng)域發(fā)展的重要工具手段,其融合了流體力學(xué)、計算數(shù)學(xué)和計算機科學(xué)等多領(lǐng)域技術(shù)、凝聚了豐富的工程知識經(jīng)驗,研發(fā)難度巨大。我國在大型工業(yè)級CFD軟件的研發(fā)上相比美歐國家還存在較明顯差距,為解決CFD軟件的“卡脖子”難題,國家數(shù)值風洞(NNW,National Numerical Wind tunnel)工程在2018年啟動,專注于以空氣動力模擬為核心的CFD軟件開發(fā)與應(yīng)用。作為NNW工程套裝軟件之一,NNW-FlowStar(簡稱FlowStar)軟件旨在打造工業(yè)級的自主CFD軟件產(chǎn)品。
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主要內(nèi)容
// 1.1軟件設(shè)計
· 軟件工程思維設(shè)計。結(jié)合科學(xué)計算特點設(shè)計軟件框架,業(yè)務(wù)分層和模塊化設(shè)計思想,兼顧效率與功能擴展性。
· 穩(wěn)定高效的求解器。采用二階精度有限體積方法,支持各類非結(jié)構(gòu)混合網(wǎng)格,內(nèi)置多種工程實用的數(shù)值方法和物理模型。
· 重疊網(wǎng)格技術(shù),耦合六自由度(6DOF)方程求解,支持多樣化的多體運動模擬功能。
· 友好的用戶交互。貼近工程習(xí)慣的流程設(shè)計,預(yù)置工程經(jīng)驗參數(shù),操作便捷。
· 跨平臺支持,支持國產(chǎn)高性能計算平臺大規(guī)模并行計算。
圖1 FlowStar軟件界面
// 1.2功能和特色
FlowStar充分結(jié)合工業(yè)部門氣動仿真需求,定制化功能開發(fā),目前版本主要具備以下功能:
· 定常氣動特性分析,包括氣動力/力矩分析、噴流影響評估、氣動載荷分析、舵面鉸鏈力矩分析、進氣道內(nèi)流模擬以及性能分析;
· 常規(guī)非定常氣動特性分析、分離渦(DES)模擬、飛行器動導(dǎo)數(shù)分析;
· 多體運動分析。包括常規(guī)武器投放、級間分離、受控分離、旋轉(zhuǎn)拋罩、螺旋槳滑流、彈翼展開等模擬;
· 網(wǎng)格測力、可控軌跡系統(tǒng)試驗(CTS)模擬。
FlowStar具有如下鮮明特色:
· 計算精度可靠。FlowStar核心求解器經(jīng)過了大量的標準模型和工程實際外形考核標定,氣動力預(yù)測精度達到國際先進水平(圖2)。
圖2 AIAA第五屆阻力預(yù)測工作會議統(tǒng)計結(jié)果
· 復(fù)雜流動問題穩(wěn)定求解?;诹鲌鎏卣髌ヅ涞撵匦拚⒛0骞?jié)點型梯度重構(gòu)、無反射邊值模型等穩(wěn)定性增強技術(shù),實現(xiàn)連續(xù)流寬速域穩(wěn)定仿真。
· 高效的氣動運動耦合求解。根據(jù)航空航天領(lǐng)域常見的分離場景及約束方式定制化設(shè)計,場景模板化、流程自動化,使得復(fù)雜的工程問題簡單解決。
圖3 FlowStar分離投放功能
(b)導(dǎo)彈級間分離
便捷的后處理數(shù)據(jù)分析。提供批量數(shù)據(jù)處理功能,一鍵生成氣動特性數(shù)據(jù)表格。氣動載荷插值、進氣道性能分析、監(jiān)測點流場提取、軌跡動畫制作等功能,貼近實際工程應(yīng)用。
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總結(jié)與展望
FlowStar將定期更新功能、升級效率,下一步,將陸續(xù)發(fā)布包括壓力基求解器、氣動噪聲模擬、水氣兩相流模擬、內(nèi)流燃燒、網(wǎng)格自適應(yīng)等功能,敬請期待。
團隊介紹
本文作者隸屬于中國空氣動力研究與發(fā)展中心計算空氣動力研究所軟件工程中心、數(shù)字化中心,團隊長期致力于面向工業(yè)應(yīng)用的CFD軟件研發(fā),研究領(lǐng)域涵蓋低、亞、跨、超聲速流動模擬、風工程風環(huán)境模擬、多相流模擬、高性能計算等方向。
附軟件下載地址:www.cardc.cn/nnw/software/flowstar
引用格式 :
陳堅強, 吳曉軍, 張健, 李彬, 賈洪印, 周乃春. FlowStar:國家數(shù)值風洞(NNW)工程非結(jié)構(gòu)通用CFD軟件[J]. 航空學(xué)報, 2021, 42(9): 625739
全文鏈接:
http://hkxb.buaa.edu.cn/CN/10.7527/S1000-6893.2021.25739