摘要：针对现代高性能计算机架构开展非结构cfd节点内共享内存并行,是提升浮点计算效率、实现更大规模流体仿真应用能力的关键。然而由于非结构网格cfd计算存在拓扑关系复杂、数据局部性差、数据写冲突等问题,传统算法如何共享内存并行化以高效发挥多核CPU/众核GPU的硬件能力,成为一个重大的挑战。从一个工业级非结构cfd软件出发,通过深入分析其计算行为和访存模式,设计实现了多种共享内存并行算法,采用了网格重排序、循环融合、多级访存等数据局部性优化技术进一步提升性能。面向多核CPU架构,系统开展了循环级与任务级两种并行模式的对比研究;面向众核GPU架构,创新地提出了一种基于多级访存优化方法的规约并行策略。利用M6机翼和CHN-T1飞机算例对所有并行算法及优化技术进行了全面验证与评估。结果表明:在多核CPU平台上,基于剖分复制的任务级并行策略性能最好,采用Cuthill-McKee重排序以及循环融合分别使整体性能提升10%。在众核GPU平台上,基于多级访存的规约策略具有显著的加速效果,优化后热点函数的性能相比优化前提升了3倍,相比CPU串行性能整体加速比可达127。

摘要：内倾船因其良好的隐身性能而受到各国关注,但是内倾设计形式会使船体在波浪中航行时更容易发生甲板上浪现象,严重的甲板上浪会造成甲板结构的破坏,甚至船体倾覆。斜浪中内倾船的运动响应和甲板上浪特性与迎浪中显著不同,论文选取3个艏斜浪向开展内倾船运动响应与甲板上浪研究。通过势流方法筛选发生甲板上浪的海浪工况,并应用Star-CCM+黏流计算软件进行数值验证分析;通过研究船体运动响应和纵向、横向甲板上浪的高度与压力,分析不同浪向下内倾船的运动响应与甲板上浪特性。结果表明,内倾船发生甲板上浪的波长船长比随着浪向角的增大而增大。

摘要：浅窄航道中船舶水动力特性同时受到浅水效应和池壁效应的影响。论文以DTC标模为研究对象,基于STAR-CCM+黏流计算软件,采用RANS方法对有限水深中迎浪航行船舶的运动响应和波浪增阻特性开展数值模拟研究。在针对标模基准工况进行数值方法验证的基础上,分别开展与拖曳水池等宽度的浅窄航道和开阔浅水域中系列波长下的船模垂向运动响应和波浪增阻数值计算。结果表明,有限水深中低频段的运动和阻力非线性特性明显,波浪增阻主要来自压阻力增加;池壁对低频段运动一阶幅值的影响较大,使得波浪增阻系数关于遭遇频率的非线性关系明显增强,出现局部最大和最小值特性,但对运动和阻力高阶幅值的影响较小。

摘要：为分析双层平尾气动特性,采用cfd方法建立了直升机平尾计算模型,获得了低速前飞和机身大迎角状态不同构型平尾的气动特性,分析了单层和双层平尾构型的气动特性和流场特点,研究了双层平尾对低速前飞状态和大迎角状态的纵向静稳定性改善作用机理。结果表明:双层平尾构型通过抑制旋翼/平尾干扰改善低速前飞状态下的直升机俯仰力矩突增问题,前进比为0.05时,双层平尾俯仰力矩比单层平尾减小56.8%;双层平尾的失速迎角和最大俯仰力矩增大,从而增强直升机大迎角状态的纵向静稳定性,迎角20°时,双层平尾俯仰力矩比单层平尾增大60.1%。

摘要：进口匝道的存在导致隧道内空气出现合流现象,掌握合流段空气的流动特征和损失特性是分叉隧道通风设计的基础。针对夹角为5°~15°的分叉隧道,采用cfd方法和比尺模型试验研究合流比q和夹角θ对合流段空气流动和局部损失的影响。结果表明:随着q增大,主线局部损失系数ξ_(21)迅速减小,而匝道局部损失系数ξ_(31)则先迅速增大后趋于稳定。当合流前主线与匝道风量比Q大于两者截面积比φ时,ξ_(21)主要受流线弯曲的影响,ξ_(31)主要受射流增压作用的影响;当Q 21和ξ_(31)的主控因素则互换。在q较小时,ξ_(21)、ξ_(31)基本不随合流夹角θ变化;在q较大时,随着θ增大ξ_(21)基本保持不变,而ξ_(31)减小。提出了可准确预测夹角为5°~15°分叉隧道合流段局部损失系数的半经验公式,弥补了分叉隧道合流通风设计理论的不足。

摘要：【目的】提出一种高效的压力调节器弹簧参数快速设计方法,加快相关设备的研发速度和设计精度。【方法】该文基于动网格技术,以一种移动部件为“杯”式结构的压力调节器为例,根据力的平衡原理和胡克定律,构建了弹簧参数求解模型。通过3D打印试样进行水力性能实测,验证了弹簧参数设计结果的可靠性和精准程度【结果】在所建立模型的基础上,提出了弹簧参数快速设计方法,该方法的预置压力设计绝对误差RE小于2%;得到了预置压力设计值0.10 MPa条件下,压力调节器主要结构参数对配置弹簧参数的影响规律并构建了弹簧参数回归模型。【结论】对于某一固定结构的压力调节器,其预置压力随配置弹簧紧力的增大而线性增大。预置压力确定时,弹簧预紧力与移动部件上游受压面面积和调压断面高度线性负相关,与移动部件下游受压面面积线性正相关。在预置压力规格、调压稳定性、调压范围和适用流量均满足设计要求的前提下,压力调节器结构参数对弹簧预紧力的交互影响不显著,但对弹簧刚度和弹簧压缩长度存在显著的交互影响,因此导致了传统压力调节器设计中,优化某一性能指标而导致其他性能指标劣化的问题。

摘要：凸极立式水轮发电机的全蒸发冷却技术可以实现定转子绕组高效冷却,降低水轮发电机对通风系统的风量需求,但在发电机风路中引入多种阻力元件,可能对电机通风系统产生影响。为实现全蒸发冷却水轮发电机通风系统的精细化热设计,本文建立了电机定子蒸发冷却系统关键管路结构及端部定子线棒三维模型,通过cfd软件对定子端部流场进行了数值计算,获得了端部阻力特性;探讨了转子蒸发冷却系统冷凝器引入后,不同冷凝器设计方案下的转子流量压头特性;最后,基于一维等效风路方法,完成了通风系统风路计算,获取了电机各部分风量分配数据,并将FLOWMASTER软件计算结果与厂家设计值进行校核,确定计算准确性。本文可从精细化通风计算角度为蒸发冷却系统关键结构工程设计提供参考。

摘要：风机作为采棉机气力输送系统的核心部件,其性能优劣将影响采棉机的作业效率。为提高采棉机气力输送系统的最大风量,针对采棉机用多翼离心风机叶片进行优化设计。为了获得代理模型所需的基本数据,建立了cfd数值模型并采用拉丁超立方实验在设计空间内生成20组样本。基于样本数据,建立了出口风量与设计变量的近似模型,采用智能优化算法获得最优设计方案。优化后的设计方案相较于原型机,出口风速明显增大。cfd数值计算分析风机的动态特性,结果表明,在多转速工况下风量均有明显提升,其在额定转速工况下,风量提升17.27%。

摘要：为提高泥水盾构泥浆成膜质量,维持开挖面稳定性,在泥浆参数设计时,往往需要准确预测膨润土泥浆的流体动力学特征。针对目前泥水盾构泥浆流动模型求解过程中数值发散及计算参数严重依赖经验取值的问题,开展不同膨润土含量下泥浆流变室内试验;基于试验结果,将Bingham-Papanastasiou(BP)修正流变模型嵌入到计算流体动力学(cfd)框架下,开发一种用于泥浆流动模拟的优化数值方法,并通过开展平板间Bingham流体的泊肃叶流动数值模拟,验证该数值方法的有效性和准确性;之后建立泥浆三维管道流数值模型,探究不同流变参数影响下泥浆的管流特征。结果表明:随着膨润土含量的增加,泥浆的屈服应力与稠度系数等流变参数值呈现上升趋势;而流变参数的提高均会使泥浆在地层渗透时产生更多的能量损耗,随着稠度系数k从0.1 Pa·s增大到0.75 Pa·s,压降提高6.21 kPa,此时可以更好地维持泥浆压力的有效转化,提高泥浆成膜质量。

摘要：MSR系统蒸汽调节阀长期处于高温、高压、变工况的恶劣工况下,极易出现内件冲蚀、振动及噪音。为了指导汽水分离系统蒸汽调节阀的研发工作,采用cfd作为辅助手段对阀体和套筒型面结构不同的两套设计方案分别进行了流场仿真计算,分析流场的流线分布,判断其流通能力、流量特性及斜率偏差是否满足设计输入要求。并借助流量特性试验对仿真和试验结果进行了对比,结果表明,仿真误差在允许范围内,仿真结果可信。方案二阀门的流通能力、流量特性、斜率偏差均能满足设计输入要求,且能同时满足设计输入中3个运行工况下的调节需求。