開放的高精度計算流體力學軟體開發及套用

《開放的高精度計算流體力學軟體開發及套用》是依託中國科學院力學研究所，由李新亮擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：開放的高精度計算流體力學軟體開發及套用
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李新亮
• 依託單位：中國科學院力學研究所

項目摘要

以前期開發的軟體為基礎，進行功能拓展和二次開發，形成一套功能相對完善、計算精準度較高及易用性較好的高精度計算流體力學軟體。該軟體具有高精度差分以及多塊有限體積方法兩個求解器，既可用於包括湍流直接數值模擬、大渦模擬等在內的高解析度數值模擬，又可進行包括大型飛機及高速飛行器真實外形複雜流場的工程精度計算。項目還將開展高精度數值方法、並行算法及湍流模型、大渦模擬模型研究，並將研究成果套用於該軟體。軟體將向國內外用戶開放原始碼，並培育一定規模的用戶群。項目組還將結合在研課題，運用該軟體進行激波-湍流邊界層干擾的直接數值模擬以及大型飛機及複雜外形高超聲速飛行器氣動計算等科研及工程計算，在實際套用中檢驗及完善該軟體。

結題摘要

高精度計算流體力學（CFD）軟體的開發對於航空航天等工程套用以及複雜流動的基礎研究具有重要的套用價值。面向高精度CFD軟體，課題組首先開展了高精度數值方法、高效並行算法以及湍流模型研究。開發了加權群速度控制格式、新型波數識別器以及面向二階導數的最佳化差分格式OCD4，並構造NDMM等新型大渦模擬模型。 在課題組原有軟體的基礎上，通過四年的軟體開發與完善，形成一套功能相對完善、精準度及易用性較好的高精度CFD軟體——OpenCFD。該軟體包含三個求解器: 高精度差分求解器OpenCFD-SC, 多塊結構格線有限體積求解器OpenCFD-EC以及湍流化學反應求解器OpenCFD-Comb。 大量測試及套用算例顯示，該軟體計算精度高，可靠性好，既可用於航空、航天飛行器整體氣動力、熱的計算，又可用於包括湍流、轉捩在內的複雜流動高解析度數值模擬。 課題組套用OpenCFD軟體，進行了壓縮折角激波-湍流邊界層干擾的直接數值模擬、三維翼大渦模擬、高超聲速條紋壁邊界層控制以及鈍度對高超聲速鈍錐邊界層轉捩的影響機理研究等課題，對認識可壓縮湍流機理，實現可壓縮湍流控制具有重要意義。 本項目發表期刊論文21篇，其中SCI收錄17篇，申請軟體著作權兩項。OpenCFD軟體已開放原始碼，供國內外學者使用，其二維版本在被下載上萬次， 三維版本已被國內外上百個課題組使用，在複雜流動的工程及機理研究中發揮了重要作用。