基于动能守恒型格式和非贴体网格方法的多用途CFD软件开发

In comercial CFD softwares, RANS is used in turbulence simulation and the governing equations are usually discretized by using unstructured grid and upwind finite volume method. While dealing with turbulent flows with large separation and strong unsteadyness, the accuracy of prediction can be poor. Moreover, for problems with highly complex geomtries or moving boundaries, time consumption in mesh generation becomes the bottleneck in CFD simulation. In this project, we proposed to develop a CFD software for incompressible flows based on the CFD technologies of the new generation.It is designed as a multi-purpose acadamic shareware. Instead of the conventional numerical method for solving RANS equations, a kinetic engergy conserving scheme will be used in large eddy simulation for the prediction of turbulent flows. To simply the mesh generation process, the immersed boundary method will be used to deal with complex geometries and moving boundaries. The areas of potential application of the software include: low speed, complex turbulent flow, fluid-structure interaction and bio-locomotion.The software can be used in pre-designs of some industries as well as postgraduate education.

常用的计算流体力学（CFD）商业软件采用雷诺平均方法（RANS）模拟湍流，用非结构网格和迎风型有限体积方法对控制方程进行离散。这种方法在模拟大分离，高度非定常的湍流问题时准确性较差。另外，对于外形高度复杂或者运动界面问题，网格生成的人工工作量是制约CFD工作效率的瓶颈。 本项目拟采用新一代的CFD模拟技术，研制一套针对不可压缩流动的CFD软件。它的基本定位是多用途学术研究型共享软件。该软件采用大涡模拟方法和与之配套的动能守恒型格式模拟湍流。 与RANS方法的常用计算格式不同，动能守恒型格式无数值耗散并且稳定性好，不会对大涡模拟的亚格子模型涡粘产生干扰。另外，本软件采用浸入边界方法处理复杂几何外形和运动边界，大大降低了生成网格的人工工作量。该软件的主要应用领域是低速复杂湍流的大涡模拟，流固耦合与生物推进，还可用于一些工程领域的原型设计以及研究生教学。

本项目拟采用新一代的CFD模拟技术，研制一套针对不可压缩流动的CFD软件。它的基本定位是多用途学术研究型共享软件。该软件可用于低速复杂湍流的大涡模拟，流固耦合与生物推进，还可用于一些工程领域的原型设计以及研究生教学。. 本课题组在基金的资助下，成功开发了一款具有自主知识产权的CFD软件。该软件在千CPU至万CPU的规模下仍然具备良好的并行效率，并且通过了大量算例的验证与确认。我们利用该CFD软件，开展了生物与仿生推进的流固耦合研究以及低速复杂湍流的大涡模拟工作。我们的多项研究成果发表在Physical Review Letter, Journal of Fluid Mechanics, Physics of Fluids, AIAA Journal等国际知名期刊。研究进展多次登上中科院和及力学所官方网站，并被《中国科学报》、《科学网》、《光明网》等媒体广泛报道，产生了一定的社会影响。