流体分析软件Powerflow

参加了在上海的演讲会。上海演讲会只举行半天,主要介绍了EXA公司的具体情况、PowerFlow的基本特点、航

空航天中的应用(高升力装置、气动噪声)和几个算例。高升力装置的算例就是采用AIAA高升力workshop中的那个半展长模型,气动噪声算的是湾流公司的前起落架,几个验证型算例计算了麦道公司的MD30P30N多段翼型和NASA hump(即鼓包)后面的分离。由于压缩性方面的限制,目前PowerFlow在航空航天方面的应用多限于低马赫数情况,即在起飞、着陆阶段的流动问题,局部马赫数可以达到0.8左右,超过1.1马赫后程序中将自动假定当地马赫数为1.1。PowerFlow计算的网格量很大,所以一般需要在HPC上实现,演讲会上介绍的算例的网格规模大多在千万量级,需要使用100个以上的CPU完成。另外对于分离流的计算似乎需要使用者具有一定的经验。比如在NASA hump这个算例中PowerFlow准确地捕捉到了分离点和再附点,精度高于RANS算法,但是在翼型气动性能计算中,其计算结果中的Cy-alpha曲线在分离前(最大升力系数)吻合的很好,但是在分离后(失速后)却明显出现偏差。演讲人给出的理由是分离后给的精度不够,所以导致失速性能计算不准。“精度”如何给,什么时候给,显然要依赖使用者的经验,否则就可能导致上述偏差。PowerFlow目前还没有动网格能力,但是据EXA

的吴经理介绍,在新版本中已经增加了滑移网格计算功能,大家可以期待一下。

刚参加完西安的演讲会回来。内容和周站长说的差不多。一些感悟,归纳如下:

1. 报告中算圆柱绕流,PowerFLOW结果比其他采用LBM的结果要好,他们说这是因为PowerFLOW采用了先进的边界处理方法。就是将连续边界离散成flat surface elements,这些surface在计算流体时候并没用到,而是用来刻画边界的。不是插值也不是阶梯逼近。具体操作不详,打算回头找资料看看。

2. 报告中说最大Ma在1.8。但提到了Chen Hudong他们08年的文章,可以算可压缩了。陶院士提问得到的答案是最大能算Ma到5,在LBM领域并不算高。他们是一个模型算天下。那么,如果他们采用可压缩模型算一个Ma数相对较广的算例,由于可压缩模型采用的离散速度会较多且feq相对复杂,那在小Ma数区域下计算效率就不及不可压缩model了。但对于PowerFLOW能算可压缩了,这一点还是有些意外。

3. 还在采用BGK。BGK会引起非物理振荡,他们算气动声学,这个应该很重要,不知道怎么克服的或者压根没管。

4. 他们强调网格生成很简单,因为计算空间(数值风洞)节点是布置好了的,绕流物体放进去,只需要判断出固体表面,而且求解器能自动根据设置在固体表面附近加密节点。但其余流场的节点不加密,就相对较稀疏。这就带来一个问题,正如有人提问,对于激波没在固体壁面附近,那就不能很好捕捉。个人感觉数值风洞的思路很巧妙,有点无网格的味道,他们还申请了专利,呵呵。

5. 他们强调DNS模拟湍流,说不需要选择湍流模型,以此为PowerFLOW的优势。但因为DNS计算量很大,他们也提供了选择湍流模型进行求解,而且有些算例就是用湍流模型做的。

6. 关于大升力模拟的问题,吃饭时候有几个西工大的朋友提出里面的问题,没太记住,好像当时T-solutions公司的人没法回答。

7. Luo曾说,LBM搞可压缩和BGK都不好,当然这是他的个人观点。但至少PowerFLOW之前主要关注的是小Ma 问题,对高Ma数的实际问题,到底结果怎样,还不清楚。

8. 据说,9月份的PF新版本,会包括对旋转几何体的支持,也看到了展示的一个叶轮的模拟结果。

9. 这个问题不是针对PF,而是针对LBM。在不可压缩区域,有小日本搞的人工压缩方法,比LBM快不少;在可

压缩区域,有GKS,似乎也优于LBM。那么,拿LBM去算传统的这样的绕流问题,从计算结果有效性以及计算效率方面来看,到底值得不?个人感觉PowerFLOW把应用范围扩宽,仅仅局限于绕流,没完全利用LBM的特长。话说回来,这一点可能他们早考虑到了,参加下一条。

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