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1、计算流体动力学和计算水动力学的进展和展望q(f//(),,1}一
2、计算流体动力学和计算水动力学的进展和展望)刘儒勋————————一(中国科学技术大学,台肥230026(=)刘儒勋,1938年11月出生于青岛,1963年毕业于北京大学数学力学系,此后一直任教于中国科学技术大学数学系,1983年晋升为副教授,1989年为教授,任计算数学与应用软件教研室主任.1983年以来任计算物理学会理事,计算海洋物理专业委员会常委,《科学与工程计算》丛书常务编委.70年代以来长期从事航空,爆炸,地震反演等数值模拟科研任务.1981
3、年以来,在国内外近十种刊物上发表了36篇论文和专着,与他人合作获得过国家,科学院和部委的多项成果和芰励.教学工作也多次受到表彰.主要从事计算流体力学方法,偏微分方程数值解,反问题数值解法和非标准有限元等方面的科研和教学工作,提要从计算流体动力学与计算水动力学的三个主要方面——数学模型研究,数值模拟法研究和应用计算机软件研制谈其发展状况和进展关键词数学模型,数值方法,应用软件,计算流体力学计算水动力昝孚水锭早在1981年,笔者在《自然》杂志上发表了介绍计算流体动力学的文章【.当时,我引用了两幅模拟图象.一是美国Los
4、Alamos的Haxlow等人,用MAC法对海浪翻卷的数值模拟图另一幅是一滴水降落在水面时,飞溅起的水花.这两幅图,正是计算水动力学的两朵盛开的花.事实上,计算流体动力学的初创时期,主要以水动力学的模拟为主不管是Haxlow等的流体力学的计算机实验一文,还是Macagno的水力学模拟的某些新方面的文章【】,都是由水动力学现象的计算机模拟为立足点的.可以说计算水动力学是计算流体动力学的迎春花..60年代中期至今,还不足30年,计算流体动力学和计算水动力学的发展却令人鼓舞Isla].可以毫不夸张地说,其发展速度,广度和
5、深度,其影响,效能和价值,均超乎人们的想像.原因可归纳为"四性:重要性,必需性,可能性和计算流体力学,计算水动力学工作者,以及有关科学工作者的创造性.大家都很清楚,水和水力与人类息息相关,维持生命,开发能源,预防灾害等,既重要又紧迫.计算机科学技术和近代数学的发展,提供了可能性.由1946年的ENIAC计算机,到今天的CrayY-MP,在国内由102,104机到YH-2,运算速度从1000次/秒,到数亿,直至160亿次浮点运算每秒.速度是按指数增长,而其体积,能耗和价格却按指数下降.70年代,用300万美元才能成交
6、的一台IBM4341,它今天相当一台386型机,只需3000美元.这是一种多么大的进步169年代,笔者曾半夜由北)中国科学院数学特别支持费资助;1992年全国水动力学研讨会特邀报告■大到计算所,怀着激动之情排队上机.今天,用着Sunworkstation也还平静!当然,计算流体动力学和计算水动力学的发展,关键在于献身于这一方向的科学工作者的创造性劳动,及不懈,不息的追求,探索和拚搏.下面,我想从三个方面谈谈计算流体动力学,特别是计算水动力学发展的某些方面.数学模型的研究,通常简称建模,是计算流体和计算水动力学的奠基
7、性工作.它常常需要多种学科的科学家和实际工作者的通力协作,二十几年来,正是由于计算流体,计算水动力学工作者和其它科学工作者的共同努力,才使模型研究工作取得了长足的进步.如不同的简化N-S方程模型I12,1.即使对燃烧湍流,也建立了有效的}g和ESGIMO模型【.在地下石油模型[1引和地下水流模型【q,在振荡绕流【等等许多方面,都有数学模型研究的介绍,这里无需赘述.国外,对数学模型研究非常重视.集中了许多优秀的科学家在海气相互作用,环境污染,海洋风暴潮等重大问题上进行建模工作.例如,对地下油气田的开发,国外从60年代
8、起就建了数模研究机构.今天至少有1o家着名的数模公司.美国国家海洋大气局在普林斯顿大学建立的第一个地球物理流体力学试验室,也从60年代就开始从事气候建模研究1975年真锅淑郎和Wetherald设计了第一个全方位的气候模型.同时,国家航空航天局(NACA),能源部(DOE)和国家基金会(NSF)也成立了专门的气候建模小组.在国内,从70年代起,大庆就开始了地下黑油数模研究,并发展了自己的优良模型【删.国家气象局,海洋局,中科院大气所,力学所,以及《水动力学研究与发展》的许多主办单位,也进行了数模的专题研究工作.中东
9、科威特油田大火,在全世界迅速引起数模研究学者的重视和反应,几乎同时,美国就有三家,英,德,加各一家数模研究群体应运而生,他们都通过各自的模型,进行了油田大火,空气污染,对全球气候变化影响的模拟.数模研究工作者,真是计算流体动力学和计算水动力学的快速反应部队和先行官!一个好的数学模型,在今天具有极大的作用,价值和效益.美国Nolen油模公司,卖给我们的地下石油
