基于理想变传动比的主动前轮转向滑模控制

针对主动前轮转向系统,以提高车辆的转向性能为目标,建立七自由度车辆模型、Dugoff轮胎模型,确定基于固定横摆角速度增益的理想变传动比规律,并提出基于此规律的主动前轮转向附加转角滑模控制策略。利用Simulink搭建仿真平台,对提出的策略进行了验证,仿真结果表明,与普通变传动比相比,基于理想变传动比规律的主动前轮转向系统滑模控制策略有利于车辆获得更为理想的转向性能。     

面向众核处理器的水动力学CFD并行计算探索

异构众核已成为超级计算机架构的发展趋势,而如何有效利用众核处理器的计算能力,是当前CFD界的一项重大挑战.该文面向异构众核处理器,基于自主开发代码,开展水动力学CFD并行计算探索研究.首先分析异构众核给CFD并行计算带来的挑战;针对国产申威26010处理器,对SIMPLE算法和人工压缩算法设计众核并行方案,并通过二维方腔驱动流算例,对计算结果和众核加速效果进行验证和测试;然后,针对SIMPLE算法热点分散的特点,采用循环融合的方法对其计算流程进行优化.研究结果表明:SIMPLE算法和人工压缩算法分别获得11倍和24倍的最高加速.该项研究工作,初步展现了众核处理器在水动力学CFD并行计算中的应用潜力.     

基于自研CFD求解器的螺旋桨敞水数值模拟方法研究

论文基于自主研发的船舶水动力学CFD求解器,开展螺旋桨模型敞水数值模拟方法研究。以典型螺旋桨模型为对象,设计了包括3种计算方法和3种网格处理方式的计算方案,研究不同计算方法和网格形式对计算结果的影响。通过对比分析,给出了螺旋桨敞水性能数值计算的推荐方案。最后,采用推荐的计算方案开展了螺旋桨模型敞水性能计算应用测试,计算结果与试验数据符合良好,初步建立了基于自研CFD求解器的螺旋桨模型敞水数值模拟方法。     

2020年中国高性能计算机发展现状分析与展望

  目的  旨在探索基于国产处理器的异构超算平台在船舶水动力学领域的应用效果。  方法  基于“神威·太湖之光”超级计算机,采用MPI+Athread的编程方法,对雷诺数Re=250的三维有限长方柱绕流进行直接数值模拟,并对模拟结果进行验证与分析。模拟使用的网格规模最大达到245.76百万（t=600 s,dt=0.001）,并行规模最高达到133 120核。  结果  经统计,在133 120核并行规模下245.76百万网格规模计算能够在数天之内完成。模拟结果显示,在三维有限长方柱绕流流动中,方柱各横截面具有同步涡脱的特征;对比不同长径比方柱绕流尾流场,发现长径比为2时的尾流涡系结构呈现出长直状的流向涡二次结构,而大于2时则为反对称卡门涡。  结论  模拟表明,基于“神威·太湖之光”超级计算机的多级并行计算可有效减少小尺度网格下因规模提升所导致的时间成本,在船舶水动力学领域有较好的应用潜力。     

基于神威超算平台的三维方柱绕流大规模并行数值计算与分析

异构众核已成为超级计算机架构的发展趋势,而如何有效利用异构超算系统的能力,是当前CFD界面临的一项重大挑战。本文基于神威异构超算平台,采用自主开发代码,开展三维非定常不可压流动的大规模并行数值模拟研究。论文的数值计算采用MPI+Athread多级并行方式,其中在Athread众核并行时,针对神威众核处理器的特点,采用循环融合的方式对SIMPLE算法求解流程进行优化,提升加速效果。首先以Re=10的三维方柱准定常绕流为例,开展并行计算测试,包括MPI并行和MPI+Athread多级并行,结果显示2025万网格125进程MPI并行效率为70%以上,Athread众核并行加速7.9倍。随后,针对Re=250的三维方柱非定常绕流,开展网格数量从384万到2.46亿的大规模并行计算,结果与相关文献符合良好,同时表明网格数量增加能够更好地捕捉流场细节。本文的研究工作展现了神威异构超算平台在非定常不可压缩流动CFD大规模并行计算方面的应用能力。     

中等雷诺数方柱绕流的直接数值模拟及涡系分析

作为一种典型的钝体绕流,方柱绕流具有物体几何外形简单而流场结构非常复杂的特性,常规的基于RANS的数值计算方法难以准确模拟。DNS不使用任何湍流模型,直接求解完整的非定常流动控制方程组,模拟包括脉动在内的湍流所有非定常流动量的时空演变过程,是湍流数值模拟中最精确的方法,在复杂流动数值模拟方面的应用潜力巨大。本文自主设计和编制并行数值模拟程序,使用基于"神威·太湖之光"国产CPU架构的大规模并行计算,开展了中等雷诺数(Re=10 000)方柱绕流的直接数值模拟。其中:不可压N-S方程组采用基于交错网格的有限体积法离散;压力-速度耦合采用SIMPLE算法处理;离散得到的代数方程组采用Gauss-Seidel迭代求解;时间步进采用Euler隐式格式,对流项采用QUICK格式,耗散项采用中心差分格式;数值模拟程序的并行化使用MPI方法处理。文中重点分析了方柱绕流的复杂涡系结构,同时给出了部分湍流统计结果,并通过与RANS和LES模拟结果的对比分析,展现了DNS在复杂精细流场模拟方面的优势。     

水面船形状因子的CFD计算研究

本文介绍了针对水面船形状因子开展的CFD计算研究.为解决计算域中船舶艏部和艉部附近存在的低正交性、高扭曲率的低质量网格对计算精度和稳定性产生不利影响的问题,在CFD求解器中引入了非正交修正和梯度限制器.针对KVLCC2、KCS和"育鹏"轮三种典型船型,开展水面船形状因子CFD计算研究,并对计算结果进行了不确定度分析.结果表明,形状因子CFD计算结果以较高水平通过了不确定度分析的验证和确认,说明求解器较好地解决了关键局部区域低质量网格带来的问题,能够以较高的精度计算水面船形状因子.     

支持笛卡尔混合网格的不可压流动CFD求解器开发与验证

使用切割单元法并结合贴体棱柱层网格来处理物面边界层的笛卡尔混合网格,体现了近年来网格技术发展的趋势.但是在笛卡尔网格和棱柱层网格的结合部,会存在少量网格单元尺度变化剧烈和网格倾斜率高等问题,从而导致数值不稳定和非物理振荡等.为了解决这一问题,在自主开发的CFD求解器中引入梯度限制器,并对相邻单元间界面的插值进行了特殊处...