cfd研究与cfd软件应用和平台开发

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1、..CFD研究与CFD软件应用和平台开发高智中国科学院力学研究所摘要：CFD软件已得到相当普遍的应用，不少单位正在开发CFD专业平台。在CFD软件应用和CFD平台开发中进一步发挥CFD研究的作用，处理好三者之间的正确关系，形成三者之间互有借鉴，彼此促进的良性循环，这是一个重要的课题，课题的解决需要CFD研究和应用工作者的共同关心和努力。本文讨论这方面的某些问题。一．引言，讨论本话题的起因气动中心牵头的《十·五》联合公关重大项目“实用的气动数值计算系统开发和实用算法研究”的宗旨是改进和提高已有CFD平台性能和档次，一个核心措施是把国内有关

2、单位（三家和三家外）的好算法，好模型，好的网格生成等吸收进CFD平台中。我提出的数值摄动方法（包括摄动有限差分和有限体积方法）、离散流体力学算法也在被吸收之列。参加此项目二年多，对“CFD研究与软件应用和平台开发”的关系问题，与有关专家有过一些讨论，这个关系问题很重要，因此在这里讲讲，目的是抛砖引玉。二．CFD软件应用中的某些问题CFD软件已有很多，如CFX，Flow3D,Fluent,Phoenics,Star-CD,Fine等。“国内设计部门普遍对气动计算软件既缺乏信任，又抱怨不好用。而西方先进国家的情况并非如此，美AIAA1998

3、.6月__发“GuideforVerificationandValidationofCFDSimulations,AIAAG-077-1998)同时AIAAJ.出版了“CredibleCFDSimulations”，标志着CFD软件得到设计部门的使用和认可。应用CFD软件要消化并吃透它，但不能局限于应用，发现问题，用CFD研究解决问题，进而反馈到平台开发中，例如气动力计算已得到认可，但摩阻和热流计算很成问题。对此，我们从算法，边界处理和网格生成作些讨论。三．实用算法：有限体积方法以模型方程为例....一阶迎风格式，什么都能算，数值耗散与

4、物理耗散之比为二阶中心格式，精度、效率、简单、适用性好等，综合考虑为首选,网格雷诺数大产生数值振荡。Jameson正型格式这些格式中积分近似均取中点规则为二阶精度，重构近似为直接差分。多基点高精度格式：包括积分近似和重构近似高精度。边界处理复杂，代数方程复杂，难构造，内点精度高，边界点精度低。DerivativesCompactmethodMulti-nodemethodDirectdifferenceandPFDmethodSpace点X-△XXX+△X一．数值计算与物理分析相结合的一些问题4．1．摩阻、热流计算和边界处理：算好摩阻、

5、热流要求？；边界用单边差分近似、精度为一阶和二阶时，数值耗散与物理耗散之比约为0.50和0.167.因此的要求不够准确。....高Re数NS方程计算的若干物理问题研讨§1引言高Re数流动计算的历史概貌1)理想无粘流方程®D’Alembert佯谬2)边界层理论（无粘、边界层渐进匹配求解理论，解决了D’Alembert佯谬，把粘性流研究从佯谬笼罩的领域引入科学领域）3)扩散抛物化Navier－Stokes（DPNS）方程理论（无粘－边界层匹配求解失效，空间推进求解，三维®二维）4)完全NS方程计算，，，，，，，，，，5)讨论：....算不了

6、NS时，“2”和“3”可认为是“不得已而为之”。虽有历史作用，且DPNS已与Euler，NS一起作为流体力学基本守恒方程在教材和CFD软件中得到使用。NS计算已成为主流。NS方程是很准确的，但已有NS方程对摩阻和热传导率的计算问题不少，不同计算结果之间彼此相差很大，需要从物理和数值方面加以探讨。§2完全NS方程计算的某些问题2.1现况与评估张涵信等的估计：NS方程组（1.1）与m阶精度差分格式等价的修正方程是令，NS计算要求讨论：1)以Dx=Dy=10-2，m=2为例，最大ReL@104，若ReL>104，为Euler方程计算；边界层法

7、向网格局部加密，为DPNS计算2)提高m，取m=3，4，最大ReL@106，1083)在固壁邻域，m£2；有限体积方法4)总之按(2.1)—(2.4)，只要提高m即可实现高Re数NS计算5)张涵信等“网格与高精度差分计算问题”，力学学报1999，31（4）：398-4052.2非均匀流动（剪切流）NS计算对网格间距，精度的要求1)均匀场分析2)剪切流分析（高智“强粘性层流理论及在粘性流计算中的应用”空气动力学学报，2001，19（4）：420-26）剪切流的物理尺度和临界网格尺度：....与m阶截断误差项同量阶的临界网格尺度与m阶截断误

8、差项同量阶的临界网格尺度3)最大、最小粘性项计算对m和网格数的要求mNl图1最少网格数N随m的变化可被计算的N@10且与m无关；可被计算的N：当q=0,m=6,N@102，故恒为误差项；对小尺度流动区域计算