飞行器高速流动的异构并行数值模拟

本书共八章,系统阐述了网格相关技术与复杂飞行器外形数值模拟中的关键技,术与工程实践.全书聚焦飞行器高速流动异构并行数值模拟的精度与效率问题,围,绕网格相关技术、数值模拟方法与异构并行计算三大核心展开,重点突破复杂工程应,用中的技术瓶颈.书中还给出了大量算例可供读者参考.,本书可供计算流体力学、异构并行计算等专业的硕士生、博士生和相关科技人员,查阅参考.

飞行器流体物理全国重点实验室重点项目“CFD-EFD融合方法研究”，编号2024-APF-ZZKT-05，负责人；国家自然科学基金面上项目“非平衡流动数值模拟方法研究”，编号62172453，主要参与人；军队科技进步一等奖：XX巨型机的CFD并行计算，2023年，排名第2

目录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 国内外研究概况 5
1.2.1 非结构网格生成技术的研究概况 5
1.2.2 CFD数值模拟方法的研究概况 10
1.2.3 CFD并行计算技术的研究概况 13
1.3 本书主要架构 16
参考文献 17
第二章 网格相关算法研究 25
2.1 基于生长动力学模型的结构网格生成方法 25
2.1.1 三角化网格生成算法 25
2.1.2 四面体网格生成算法 31
2.1.3 复杂外形结构网格生成算法 36
2.2 基于流线追踪拓扑结构的结构网格生成方法 46
2.2.1 基于庞加莱定理和亥姆霍兹分解定理的拓扑结构及其生成方法 46
2.2.2 结构网格生成方法的完备化与应用验证 51
2.3 网格并行分区算法 79
2.3.1 网格并行分区算法概述 79
2.3.2 飘带算法 79
2.3.3 算例验证 82
2.4 网格壁面距离算法 86
2.4.1 概述 86
2.4.2 有限体积框架下的输运方程建立和求解 87
2.4.3 算例验证 89
2.5 各向异性网格自适应算法 92
2.5.1 概述 92
2.5.2 各向异性网格自适应算法 92
2.5.3 算例分析 96
2.6 本章小结 98
参考文献 98
第三章 控制方程 100
3.1 控制方程相关基础 100
3.1.1 N-S方程 100
3.1.2 无量纲化 102
3.2 湍流模型 103
3.2.1 k-ω两方程模型 104
3.2.2 k-ω-BSL两方程模型 105
3.2.3 k-ω-SST两方程模型 107
3.3 初边值条件 108
3.3.1 初始条件 108
3.3.2 边界条件 108
3.4 有限体积法 112
3.4.1 基本物理量的重构方法 116
3.4.2 基本物理量梯度的重构方法 117
3.5 本章小结 118
参考文献 118
第四章 空间离散 121
4.1 无黏通量的计算 121
4.1.1 数值激波失稳分析方法 122
4.1.2 数值黏性的激波失稳特性分析 127
4.1.3 强鲁棒低耗散数值格式构造 135
4.1.4 数值算例结果与分析 140
4.2 黏性通量的计算 156
4.3 本章小结 157
参考文献 157
第五章 时间积分与隐方法 160
5.1 时间积分与加速收敛技术 160
5.1.1 欧拉显式方法 160
5.1.2 当地时间步长 160
5.1.3 隐式残值光顺 161
5.2 LU-SGS隐式方法 162
5.3 异构并行下隐式方法 167
5.4 染色类隐式方法 169
5.4.1 MC-SGS算法 169
5.4.2 染色单元重排序 170
5.5 本章小结 174
参考文献 174
第六章 数值方法验证 176
6.1 无黏流动算例 176
6.1.1 Emery问题 176
6.1.2 平面激波绕双尖劈流动 177
6.1.3 双马赫反射问题 180
6.1.4 Schardin问题 182
6.2 高超声速压缩拐角流动 184
6.3 高超声速双椭球绕流 188
6.4 本章小结 196
参考文献 196
第七章 基于CPU集群的亚跨超全速度大规模并行计算软件平台的
建立和验证 198
7.1 基于区域分解的混合网格并行计算方法 198
7.2 消息传递模式及其MPI 实现 200
7.3 算例分析 203
7.3.1 NACA0012翼型系列 203
7.3.2 二维进气道 206
7.3.3 Ames All-Body升力体 208
7.4 本章小结 214
参考文献 214
第八章 基于CPU+GPU异构的亚跨超全速度大规模并行计算平台的
建立和验证 217
8.1 概述 217
8.2 并行模式 217
8.3 异构并行下的CFD隐式算法 219
8.4 基于任务规划的异步多流并行算法 221
8.5 算例分析 224
8.5.1 Hummel三角翼 224
8.5.2 DLR-F6 227
8.5.3 底部流动 229
8.6 本章小结 232
参考文献 232