开放的高精度计算流体力学软件开发及应用

In this project, we will develop a set of high-resolution CFD software based on the software which has been developed by our group. The new software has two high-resolution compressible Navier-Stokes solvers, a high-order finite-difference solver and a multi-blokes finite-volume solver. It can be used in both scientific computing such as DNS or LES of turbulent flows and engineering computing such as flows over airplanes or high speed aircrafts. We will also conduct the studies on high-resolution numerical methods, massively paralleling computing technique and turbulence modeling, and then use those achievements into the developing of the software. The new software will be open-source codes for all users. And we will use it in the scientific and engineering researches, such as DNS of shock-turbulent boundary-layers interaction and flow over airplanes and high speed aircrafts, and then test the software.

以前期开发的软件为基础，进行功能拓展和二次开发，形成一套功能相对完善、计算精准度较高及易用性较好的高精度计算流体力学软件。该软件具有高精度差分以及多块有限体积方法两个求解器，既可用于包括湍流直接数值模拟、大涡模拟等在内的高分辨率数值模拟，又可进行包括大型飞机及高速飞行器真实外形复杂流场的工程精度计算。项目还将开展高精度数值方法、并行算法及湍流模型、大涡模拟模型研究，并将研究成果应用于该软件。软件将向国内外用户开放源代码，并培育一定规模的用户群。项目组还将结合在研课题，运用该软件进行激波-湍流边界层干扰的直接数值模拟以及大型飞机及复杂外形高超声速飞行器气动计算等科研及工程计算，在实际应用中检验及完善该软件。

高精度计算流体力学（CFD）软件的开发对于航空航天等工程应用以及复杂流动的基础研究具有重要的应用价值。面向高精度CFD软件，课题组首先开展了高精度数值方法、高效并行算法以及湍流模型研究。开发了加权群速度控制格式、新型波数识别器以及面向二阶导数的优化差分格式OCD4，并构造NDMM等新型大涡模拟模型。.在课题组原有软件的基础上，通过四年的软件开发与完善，形成一套功能相对完善、精准度及易用性较好的高精度CFD软件——OpenCFD。该软件包含三个求解器: 高精度差分求解器OpenCFD-SC, 多块结构网格有限体积求解器OpenCFD-EC以及湍流化学反应求解器OpenCFD-Comb。 大量测试及应用算例显示，该软件计算精度高，可靠性好，既可用于航空、航天飞行器整体气动力、热的计算，又可用于包括湍流、转捩在内的复杂流动高分辨率数值模拟。.课题组应用OpenCFD软件，进行了压缩折角激波-湍流边界层干扰的直接数值模拟、三维翼大涡模拟、高超声速条纹壁边界层控制以及钝度对高超声速钝锥边界层转捩的影响机理研究等课题，对认识可压缩湍流机理，实现可压缩湍流控制具有重要意义。 .本项目发表期刊论文21篇，其中SCI收录17篇，申请软件著作权两项。OpenCFD软件已开放源代码，供国内外学者使用，其二维版本在被下载上万次， 三维版本已被国内外上百个课题组使用，在复杂流动的工程及机理研究中发挥了重要作用。