數(shù)值風(fēng)洞
關(guān)注創(chuàng)建者：歐美規(guī)范和軟件 創(chuàng)建時間：2022-03-15
數(shù)值風(fēng)洞的實例教程
國家數(shù)值風(fēng)洞推廣應(yīng)用部
2021年01月01日
為促進國內(nèi)CFD生態(tài)發(fā)展，
分享軟件開發(fā)成果,
定于2020年9月25日
在成都市天府新區(qū)西部博覽城，
舉辦“國家數(shù)值風(fēng)洞NNW-FlowStar軟件發(fā)布暨用戶體驗會”。
屆時，
將邀請工業(yè)部門和相關(guān)高校的專家到會指導(dǎo)、交流和研討，共同促進國產(chǎn)自主CFD軟件生態(tài)建設(shè)，匯聚中國智慧，為航空航天事業(yè)發(fā)展提供中國方案。
NNW-FlowStar是國家數(shù)值風(fēng)洞工程套裝軟件中一款專注于航空航天領(lǐng)域復(fù)雜氣動特性分析和多體運動仿真的CFD軟件,凝聚了中國空氣動力研究與發(fā)展中心專業(yè)工程師近20年的CFD軟件開發(fā)和復(fù)雜工程問題應(yīng)用經(jīng)驗,
氣動力預(yù)測精度與國際知名CFD軟件相當(dāng),是國內(nèi)CFD領(lǐng)域從In-house代碼向工業(yè)軟件邁進的重要成果。
展開 摘要
本應(yīng)用基于神威·太湖之光超級計算機與自研自適應(yīng)加密網(wǎng)格框架（SAMR[1]）完成了某真實汽車模型的氣動仿真數(shù)值模擬。為提高計算精度與效率，采用了8層網(wǎng)格加密，網(wǎng)格規(guī)模約10億量級、并行規(guī)模在50萬核并行規(guī)模。流場數(shù)值求解器則是采用了自主研發(fā)的非定常格子玻爾茲曼流場求解器（LBM[2]，Lattice Boltzmann Method）與采用簡單的Smagorinsky湍流模型。所計算的Ahmed標(biāo)準(zhǔn)車模阻力系數(shù)與實驗高度吻合，具備了工程應(yīng)用能力。
一、背景
在汽車設(shè)計和改型中，數(shù)值計算和風(fēng)洞試驗是評估氣動性能的兩大手段。風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ椭谱骱驮囼瀸嵤┑闹芷陂L，成本高，因此如何減少風(fēng)洞實驗次數(shù)，提高汽車設(shè)計效率，一直是汽車設(shè)計及空氣動力學(xué)領(lǐng)域研究的重點。
數(shù)字風(fēng)洞即風(fēng)洞的數(shù)字化，是遵循數(shù)字孿生理念，通過高保真數(shù)值計算、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)手段，將物理風(fēng)洞試驗設(shè)施和試驗過程1:1還原到數(shù)字世界，從而具備實施高置信數(shù)字風(fēng)洞試驗的能力。通過數(shù)字風(fēng)洞試驗，可以取代部分早期風(fēng)洞試驗車次和部分風(fēng)洞試驗，從而緩解風(fēng)洞試驗成本高、周期長與旺盛試驗需求之間的矛盾。
國家超級計算無錫中心神工坊團隊，依托我國最先進的國產(chǎn)自主超級計算機神威·太湖之光，自主研制了結(jié)構(gòu)網(wǎng)格自適應(yīng)框架（SAMR[1]）與格子玻爾茲曼流場求解器（LBM[2],Lattice Boltzmann Method)，形成了自主數(shù)值風(fēng)洞軟硬件基礎(chǔ)框架，可以高效地為汽車氣動仿真賦能。
二、方法
下面對40m/s(或144km/h)速度下的Ahmed標(biāo)準(zhǔn)汽車模型（25°后背角）與某實車模型進行數(shù)值模擬。
（1）網(wǎng)格生成: 采用國家超級計算無錫中心自主開發(fā)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格自適應(yīng)加密框架，可對汽車中復(fù)雜幾何表面以及流場變化劇烈的地方進行自動加密。
展開 </p><p class="ql-align-justify"> 數(shù)字風(fēng)洞即風(fēng)洞的數(shù)字化，是遵循數(shù)字孿生理念，通過高保真數(shù)值計算、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)手段，將物理風(fēng)洞試驗設(shè)施和試驗過程1:1還原到數(shù)字世界，從而具備實施高置信數(shù)字風(fēng)洞試驗的能力。通過數(shù)字風(fēng)洞試驗，可以取代部分早期風(fēng)洞試驗車次和部分風(fēng)洞試驗，從而緩解風(fēng)洞試驗成本高、周期長與旺盛試驗需求之間的矛盾。</p><p class="ql-align-justify"> 神工坊?技術(shù)團隊依托我國最先進的國產(chǎn)自主超級計算機神威·太湖之光，<strong>自主研制了結(jié)構(gòu)網(wǎng)格自適應(yīng)框架</strong>（SAMR[1]）與<strong>格子玻爾茲曼流場求解器</strong>（LBM[2],Lattice Boltzmann Method)，形成了自主數(shù)值風(fēng)洞軟硬件基礎(chǔ)框架，可以高效地為汽車氣動仿真賦能。</p><h2 class="ql-align-justify"><strong> 二、方法</strong></h2><p class="ql-align-justify"> 下面對40m/s(或144km/h)速度下的Ahmed標(biāo)準(zhǔn)汽車模型（25°后背角）與某實車模型進行數(shù)值模擬。</p><p class="ql-align-justify"> （1）網(wǎng)格生成：</p><p class="ql-align-justify"> 采用<strong>自主開發(fā)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格自適應(yīng)加密框架</strong>，可對汽車中復(fù)雜幾何表面以及流場變化劇烈的地方進行自動加密。
展開 01
復(fù)雜體型結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載計算窘境—麻煩
復(fù)雜體型結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載計算，需由風(fēng)洞試驗確定。
風(fēng)洞試驗的人工、時間、費用成本都很高，除了少數(shù)重點項目可以負擔(dān)得起，大部分項目是沒有機會做風(fēng)洞的。
市面的CFD軟件一般都是通用軟件，各個行業(yè)都能用，功能很龐大，上手難度高，還是英文的。
CFD計算一般會交給第三方去做，結(jié)構(gòu)工程師無法在前期方案階段快速判斷體型的好壞。
現(xiàn)有的數(shù)值風(fēng)洞軟件和結(jié)構(gòu)計算軟件在模型數(shù)據(jù)傳導(dǎo)、計算結(jié)果數(shù)據(jù)傳導(dǎo)上，大多需要手工操作，效率極低，不適應(yīng)當(dāng)下較快的設(shè)計節(jié)奏。
所以，有一款專門為建筑結(jié)構(gòu)工程師打造的數(shù)值風(fēng)洞軟件對于設(shè)計效率的提高真的很重要!!
展開 
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數(shù)值風(fēng)洞的最新內(nèi)容
</p><h2 class="ql-align-justify"><strong> 一、背景</strong></h2><p class="ql-align-justify"> 在汽車設(shè)計和改型中，數(shù)值計算和風(fēng)洞試驗是評估氣動性能的兩大手段。
日本“Hybrid Wind Tunnel”
在我國，上世紀90年代，中國空氣動力研究與發(fā)展中心張涵信院士提出以“5M+1A”（硬件、網(wǎng)格、方法、機理、顯示、應(yīng)用）為內(nèi)涵的數(shù)值風(fēng)洞概念，極大地推動了國內(nèi)理論、方法、軟件等方面的進步，并為我國民用工業(yè)裝備的研制提供了重要的工具支撐。
CFD除了可以作為“數(shù)值風(fēng)洞”使用，同時還具備風(fēng)洞試驗?zāi)芰o法做到或極難做到的模擬能力。例如：
（1）復(fù)雜構(gòu)型氣動布局總體方案快速閉環(huán)
創(chuàng)新的飛行器氣動布局，是否總體方案上滿足性能需求，精確快速的氣動特性數(shù)據(jù)是關(guān)鍵，同時的制約因素還有經(jīng)費。或者說，型號/課題立項前，CFD無疑是黑暗中探索道路最有效的明燈。
表1 某 CPU 封裝物理參數(shù)
04
研究方法
本文利用數(shù)值模擬技術(shù)，建立一個數(shù)值風(fēng)洞，通過模擬CPU在數(shù)值風(fēng)洞中的散熱情況，研究CPU封裝材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)對其散熱的影響。
02
風(fēng)洞試驗數(shù)值模擬準(zhǔn)確性驗證
2.1 模型建立及相關(guān)參數(shù)設(shè)置
數(shù)值模擬、風(fēng)洞試驗及現(xiàn)場實測三種方法目前大量運用于結(jié)構(gòu)抗風(fēng)研究
評分規(guī)則
1、對于CAERI Aero Model基礎(chǔ)狀態(tài)仿真計算的風(fēng)阻系數(shù)值與CAERI風(fēng)洞實測值差異小于3%，以驗證仿真算法的有效性，仿真算法驗證有效即可參加下一步評審；
2、大賽總分為100分，整車仿真計算降阻率為重要指標(biāo)占50%，造型美觀占10%，優(yōu)化方法先進性占20%，優(yōu)化方案可實施性、成本等綜合因素占20%。
CFD|一維CFD分析
CFD| 1D和3D CFD網(wǎng)格的耦合
CFD|二維CFD
CFD| 三維流體分析
CFD|流固耦合（FSI）
CFD|流熱耦合
CFD|動網(wǎng)格之MRF
CFD|動網(wǎng)格之重疊網(wǎng)格
CFD|橋梁二維數(shù)值風(fēng)洞分析
CFD|建筑抗風(fēng)數(shù)值風(fēng)洞分析
國家超級計算無錫中心神工坊團隊，依托我國最先進的國產(chǎn)自主超級計算機神威·太湖之光，自主研制了結(jié)構(gòu)網(wǎng)格自適應(yīng)框架（SAMR[1]）與格子玻爾茲曼流場求解器（LBM[2],Lattice Boltzmann Method)，形成了自主數(shù)值風(fēng)洞軟硬件基礎(chǔ)框架，可以高效地為汽車氣動仿真賦能。
現(xiàn)有的數(shù)值風(fēng)洞軟件和結(jié)構(gòu)計算軟件在模型數(shù)據(jù)傳導(dǎo)、計算結(jié)果數(shù)據(jù)傳導(dǎo)上，大多需要手工操作，效率極低，不適應(yīng)當(dāng)下較快的設(shè)計節(jié)奏。
所以，有一款專門為建筑結(jié)構(gòu)工程師打造的數(shù)值風(fēng)洞軟件對于設(shè)計效率的提高真的很重要!!
、數(shù)值模擬(CFD仿真)。
