CFD的现状及未来发展.pdf

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1、CFDCFD的现状及未来发展的现状及未来发展阎超阎超北京航空航天大学北京航空航天大学国家国家CFDCFD实验室实验室一、一、CFDCFD：概述：概述今天的今天的CFDCFDòCFD诞生于上世纪初，但其理论和方法上的突破性发展是上世纪七十年代后期开始的，而以数值求解RANS/Euler方程为代表的CFD的广泛的应用则始于八十年代中期。因此，CFD仍然是一个年轻的学科，只不过它的发展速度如此之快、应用如此之广，超出了人们的预料。ò今天，以数值求解Euler方程和RANS方程为代表的CFD技术已经广泛应用到航空、航天、气象、船

2、舶、武器装备、水利、化工、建筑、机械、汽车、海洋、体育、环境、卫生等领域，取得了令人瞩目的成就。CFDCFD相关应用相关应用ò航天航空飞行器的制造设计航天航空飞行器的制造设计ò汽车船舶制造工业汽车船舶制造工业ò建筑物暖风空调设计建筑物暖风空调设计ò涡轮机的设计涡轮机的设计ò化工反应过程化工反应过程ò生物医药工程生物医药工程ò气象领域气象领域心脏和血液流动的心脏和血液流动的CFDCFD模拟模拟CFDCFD取得越来越多的信任取得越来越多的信任ò一个实例：飞机抛撒副油箱过程，同实际飞行结果相比，CFD模拟结果比风洞实验还准确！

3、二、二、CFDCFD在航空航在航空航天领域的应用天领域的应用CFDvs.CFDvs.航空航天航空航天ò在航空航天等领域，CFD革命性的改变了传统的流体力学研究和设计方法，推动了这些领域的技术进步。ò无论从节省研制费用、缩短设计时间出发，还是从提高设计水平出发，在本世纪，由于计算机和CFD技术的进一步发展，CFD将给流体工程设计带来更大的革命。ò未来飞行器性能的确定，将依赖于在“虚拟风洞（CFD）”数据基础上产生的“虚拟飞行”，这将是飞行器研制的主要发展方向。CFDvs.CFDvs.今日航空航天今日航空航天ò2004年，波

4、音公司的E.N.Tinoco说：“在现代商业飞机的成功设计中，CFD的有效应用是一个关键因素。CFD在商业飞机设计中的应用革命化的改变了气动设计方法…..在飞机发展中，CFD的应用越来越多，这并不是因为它本身技术上的推动，而是因为市场竞争的结果。现在，CFD是气动设计过程的主要部分，另外还包括风洞和飞行试验。在显著缩短飞机研发周期方面，CFD是主要保证因素。如果我们希望保持竞争力，别无选择。”CFDCFD在我国航空航天中的应用现状在我国航空航天中的应用现状CFD已经得到普遍的认可，成为型号设计部门的常规手段；在大多数型号

5、单位成为主要的气动设计手段，风洞实验成为后期的确认性工作；一般情况下，CFD精度可以满足工程要求，型号部门大都购买了商业CFD软件，但使用者的水平有待提高;商业CFD软件具有功能全面、使用方便、技术服务好等优点，但计算精度、计算效率、可靠性较差；计算周期大大缩短，常规CFD任务可以在一周至数周内完成，复杂任务可以在数周至数月内完成.2.1CFD2.1CFD在航空领域的应用在航空领域的应用InstituteofFluidMechanics美Northrop公司研制战斗机YF17时，风洞试验13500小时；历时17年,无CF

6、D技术；YF23时，风洞试验5500小时（下降60％）；CFD计算15000小时，历时8年优点：节约经费，缩短周期；多工况模拟，流场描述详细CFDCFD技术价值：技术价值：AirbusAirbus公司公司CFDCFD远景规划远景规划òEuropeanAeronautics2020Vision欧洲2020航空愿景阻力减小50%噪声减小50%开发时间缩短50%ò对下一代设计工具提出的需求̅High-ReynoldsCFDproducing“DataforDesign”高雷诺数CFD生成“供设计使用的数据”̅High-Reyn

7、oldsW/Ttestingfor“PerformanceCheck-out”高雷诺数风洞试验用于“性能检验”̅W/Ttestingmorefocusedupondatabasefor“MethodValidation/Certification”风洞试验更多地专注于生成数据库用以“方法验证/认证”̅Reductionofconventionalwind-tunneltesting（缩减常规风洞试验）：∑20%by2008∑50%by2015∑75%by2025螺旋桨螺旋桨Propeller•Propellerswirl

8、leadstoasymmetricflow,positivelocalAOAsforthewingonthesideofupwardpropellerrotation,negativelocalAOAsontheother•Unsteadysimulations,TAU,chimeragrids•Prop,Navie