傅立叶变换与流体数值计算的耦合并行算法

针对傅立叶变换和流体数值计算耦合并行存在的问题,采用两种方式解决:多物理耦合通信方法和二维并行FFTW方法;并对这两种方法进行性能比较,结果表明:当处理器数目少时,采用多物理耦合通信方法计算效率高,当处理器上千时,采用二维并行FFTW方法可扩展性更好;最后,在上万处理机上采用上亿网格测试,并行效率达到50%,并给出数值模拟结果,验证了激光成丝现象.     

两种不同并行敷设热力影响对比研究

油气管道敷设中存在两种并行敷设方式,输油管道并行敷设和油气管道并行敷设.受焦耳汤姆逊效应和管径差别等因素的影响,油气管道并行敷设与两条输油管道并行敷设热力影响情况有所不同.本文采用有限差分法和有限容积法相结合的数值计算方法研究了这两种不同并行敷设热力影响的区别.     

局部时间步长间断有限元方法求解三维欧拉方程

使用间断有限元方法求解三维流体力学方程.空间剖分采用非结构四面体网格,为了克服显格式在单元网格尺寸差别较大时计算效率低下的问题,在格式中采用局部时间步长技术(LTS),即控制方程在空间、时间上积分得到一种单步格式,既可以局部计算每个单元又避免了Runge-Kutta高精度格式处理三维问题时存储量过大的问题.为了提高流体力学方程计算精度,在计算单元边界的数值流通量时使用任意高阶精度方法(ADER).数值算例表明格式稳定有效.     

显式有限元中的一种并行接触算法

开发一种显式非线性有限元分析中的并行接触算法.基于区域分割技术将桶排序全局搜索方法并行化,各处理器通过桶编号向量检测相互交叠及潜在的点一面接触对.根据数据通信的特点将接触对分为三类,对各类接触对分别设计通信策略.数值算例表明,并行算法具有较高的加速比、并行效率及良好的可扩展性.     

热传导方程三层并行差分格式初始条件的计算

给出二维热传导问题的三层差分格式初始条件的一种显式计算方法,对于由此形成的内边界预估校正三层并行差分算法,证明稳定性和收敛性定理.并行数值试验表明,方法稳定,且与通常采用隐式格式计算初始条件的方法相比,易于程序实现;与已有的扰动算法相比,能大幅度减小误差.     

激光辐照转动充压圆柱壳体热力学效应

 采用有限元计算方法对激光辐照下转动充压壳体的热力学问题进行了较为全面的数值计算，获得了激光辐照下转动内压圆柱壳壁上的温升、应力、应变、位移分布等物理图像，为进一步分析转动充压圆柱壳体在激光辐照下的破坏与失效奠定了基础。提出的解决数值计算中移动热流载荷问题的双时间步长法，可以有效提高计算效率，同时提高计算精度。研究结果表明：对于给定的壳体结构，其损伤阈值时间主要取决于靶面激光强度与壳体旋转频率；在辐照过程中，损伤最先出现在最初受激光辐照的区域。     

基于能量密度分布的辐射源粒子空间抽样方法研究

利用隐式蒙特卡罗方法模拟热辐射光子在物质中的输运过程时,物质辐射源粒子是需要细致处理的物理量.传统的物质辐射源粒子抽样方法是体平均抽样方法,对于大多数问题,这样处理不会带来大的偏差.但是对于一些辐射吸收截面大、单一网格内温差显著的问题,体平均抽样方法的计算结果偏差较大.分析了产生偏差原因,提出一种基于辐射能量密度分布的辐射源粒子空间位置抽样方法,并推导了相应的抽样公式以解决此类问题.数值实验表明,新方法计算结果明显优于原方法且与解析结果基本一致.     

基于界面修正的迭代并行计算方法

构造基于界面修正的迭代并行方法的一般途径是：将物理空间区域剖分成若干不重叠的块；在分块子区域的内边界上，采用某种显式格式计算出界面值作为预估值；然后采用某种隐式格式并行求解各个子块区域上的解，这里的隐式格式通常需要进行迭代求解(称为内迭代)；可在每一迭代步或几次迭代步结束时，利用已计算出的分块子区域内的(近似)解，在分块子区域内边界处利用隐式格式计算出在内边界处的校正值；随后再转入各个子块区域上的求解，该过程称为外迭代。与以往的并行差分格式不同，在求解的子区域上的定解问题时，可以仅仅在第一个(初始)迭代步求解时所需边界条件使用子区域内界面处的某种显式格式的解，在随后的迭代步中即可改用子区域内界面处的隐式修正格式的解。由此，至少可区分如下3类性质不完全相同的迭代并行格式。     

并行重叠/变形混合网格生成技术及其应用

为了适用于柔性变形、相对运动等复杂动边界问题,建立了并行环境下重叠和变形相结合的动态混合网格生成技术.通过计算区域分解以及分布式并行实现了重叠和变形技术的结合,其中重叠网格采用了并行化的隐式装配方法,并发展了两种并行化查询策略.变形网格则采用了并行化的径向基函数（RBF）插值方法.并行化动态网格生成方法大幅提高了动态网格生成效率,有利于处理大规模的动边界问题.在此基础上,发展了基于变形/重叠动态混合网格的流动/运动/控制一体化数值模拟方法,进一步改进了耦合模拟软件平台——HyperFLOW.典型应用算例证明了该动态混合网格技术及一体化算法的实用性.      

非定常输运问题适应于消息传递并行编程环境的香农熵计算方法

在多计算步的非定常输运问题的蒙特卡罗模拟中,为自动调整每一步的样本数以获得较高的计算效率,可以有多种准则.一种可选的方法是在每一步每隔若干样本监测一次系统中未死亡粒子属性分布对应的香农熵的收敛情况以决定何时停止追加样本,此种方法需要在每一步频繁计算香农熵值.由于在MPI消息传递并行编程环境下香农熵的经典计算方法必须广播大量的数据,导致每一步的计算时间随香农熵计算频率的提高而快速增大,这显然是不能满足实际需求的.本文提出了一种适应于消息传递并行编程环境的香农熵计算新方法,该方法计算得到的香农熵值并不等价于经典方法,但二者之间的差别会随着样本数的增加而趋于零.新方法的最大优势是高频计算香农熵值的时间代价大为降低,为最终实现基于香农熵收敛判断的每步样本数的自动调整奠定了必要的基础.     

三维机翼跨音速颤振的分布式并行计算

以多台微机组成分布式计算系统,利用无限插值方法(TFI)生成三维多块贴体运动网格,以Navier Stokes方程为控制方程,求解三维机翼的跨音速非定常气动力,并与颤振方程耦合迭代计算,求解机翼广义位移响应的时间历程,根据广义位移的时间历程的衰减、等幅和发散振荡等情况确定机翼跨音速颤振临界条件.通过算例验证,计算结果与实验结果和理论分析相吻合.     

基于大规模并行计算的三维多群中子扩散方程有限差分方法

三维多群中子扩散方程的精确、高效求解是核动力堆芯设计及燃料管理的基础。应用有限差分方法求解该方程具有简便、精确、成熟的优点;然而,该方法的计算量和存储量均较大,极大地限制了它的计算规模和应用范围。本文基于大规模并行计算,研究三维多群中子扩散方程有限差分方法:采用中心有限差分格式离散中子扩散方程;基于MPI并行编程模型,采用空间区域分解的方式实现大规模并行计算;采用多群多区域耦合PGMRES算法进行并行加速。在集群服务器上开发了ParaFiDi程序,并采用IAEA3D,PHWR等多个基准题对该程序进行验证。数值结果表明,ParaFiDi程序具有较高的计算精度和计算效率。     

煤灰沉积的传热过程模型及其数值研究

计算流体力学（ＣＦＤ）方法的应用在锅炉设计或燃烧设备的改造过程中有着十分重要的作用．本文研究了实际燃烧过程中普遍存在的煤灰沉积现象对数值计算结果的影响，提出了描述煤灰沉积的新型传热模型，比较了新模型采用前后数值计算结果与实测数据的差异，从而验证了该模型的合理性，提高了对炉内积灰、结渣过程数值描述的精度．     

Qualitative comparison between numerical and experimental results of unsteady flow in a radial diffuser pump

Comparison between numerical simulation and experimental results for unsteady flow field in a radial diffuser pump is presented for the design operating point. The numerical result is obtained by solving three-dimensional, unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes equations by the commercial CFD code CFX-10 withk-ω based shear stress transport turbulence model. Two-dimensional PIV measurements are conducted to acquire the experiment result. The phase-averaged velocity and turbulent kinetic energy fields are compared in detail between the results by the two methods in the impeller, diffuser and return channel regions. The qualitative comparison between CFD and PIV results is quite good in the phase-averaged velocity field. Although the turbulence level by PIV is higher than that by CFD generally, the main turbulence features are nearly the same. Furthermore, the blade orientation effect and other associated unsteady phenomena are also examined, in order to enhance the understanding on impeller-diffuser interaction in a radial diffuser pump.     

基于JMCT和FLUENT的物理-热工耦合计算

基于蒙特卡罗程序JMCT2.2和商用CFD程序FLUENT,通过C++语言,采用外耦合的方式开发了一套耦合接口程序。利用JMCT网格和FLUENT计算域之间一一映射的方式完成物理模型和CFD模型之间的网格匹配,实现了物理模型的简单划分和CFD模型网格的精细划分。利用该耦合程序计算了压水堆单根燃料棒模型和3×3带水洞的燃料子组件模型,并与MCNP与FLUENT耦合计算结果进行对比。计算结果表明,使用本文的方法,耦合JMCT程序与FLUENT程序能够用于物理-热工耦合计算并准确提供其反馈参数。     

A new compact scheme for parallel computing using domain decomposition

Direct numerical simulation (DNS) of complex flows require solving the problem on parallel machines using high accuracy schemes. Compact schemes provide very high spectral resolution, while satisfying the physical dispersion relation numerically. However, as shown here, compact schemes also display bias in the direction of convection – often producing numerical instability near the inflow and severely damping the solution, always near the outflow. This does not allow its use for parallel computing using domain decomposition and solving the problem in parallel in different sub-domains. To avoid this, in all reported parallel computations with compact schemes the full domain is treated integrally, while using parallel Thomas algorithm (PTA) or parallel diagonal dominant (PDD) algorithm in different processors with resultant latencies and inefficiencies. For domain decomposition methods using compact scheme in each sub-domain independently, a new class of compact schemes is proposed and specific strategies are developed to remove remaining problems of parallel computing. This is calibrated here for parallel computing by solving one-dimensional wave equation by domain decomposition method. We also provide the error norm with respect to the wavelength of the propagated wave-packet. Next, the advantage of the new compact scheme, on a parallel framework, has been shown by solving three-dimensional unsteady Navier–Stokes equations for flow past a cone-cylinder configuration at a Mach number of 4.Additionally, a test case is conducted on the advection of a vortex for a subsonic case to provide an estimate for the error and parallel efficiency of the method using the proposed compact scheme in multiple processors.     

Transmission loss prediction of reactive silencers using 3-D time-domain CFD approach and plane wave decomposition technique

A predictive method is proposed to determine the transmission loss of reactive silencers using the three-dimensional (3-D) time-domain computational fluid dynamics (CFD) approach and the plane wave decomposition technique. Firstly, a steady flow computation is performed with a mass-flow-inlet boundary condition, which provides an initial condition for the following two unsteady flow computations. The first unsteady flow computation is conducted by imposing an impulse (acoustic excitation) superimposed on the constant mass flow at the inlet of the model and then adding the non-reflecting boundary condition (NRBC) when the impulse completely propagates into the silencer. The second unsteady flow computation is conducted for the case without acoustic excitation at the inlet. The time histories of pressure and velocity at the upstream monitoring point as well as history of pressure at the downstream monitoring point are recorded during the two transient computations. The differences between the two unsteady flow computational results are the corresponding acoustic quantities. Therefore, the incident sound pressure signal is obtained by using plane wave decomposition at upstream, while the transmitted sound pressure signal is just the sound pressure at downstream. Finally, those two sound pressure signals in the time-domain are transformed into the frequency-domain by Fast Fourier Transform (FFT) and then the transmission loss (TL) of silencer is determined. For the straight-through perforated tube silencers with and without flow, the numerical results agree well with the published measurements.     

N-S方程隐式分区并行计算

将Wu Z N和Zou H提出的一套适合三点块三对角隐式格式的定常和非定常可压无粘流的覆盖分区并行计算方法推广到N-S方程的计算.在二维定常亚音速、跨音速和非定常情况下都得到了较好的绝对并行效率.     

ITER屏蔽包层屏蔽块热工水力分析

通过ANSYS CFX对ITER屏蔽块进行了热工水力分析,对同一计算模型给出了两套不同的网格,分析了网格对计算精度的影响,结果表明两套网格都有较好的计算精度。通过数值模拟分析了壁面粗糙度对流动及传热的影响,结果表明壁面粗糙度是影响传热的一个非常重要的因素。     

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通过ANSYS CFX对ITER屏蔽块进行了热工水力分析,对同一计算模型给出了两套不同的网格,分析了网格对计算精度的影响,结果表明两套网格都有较好的计算精度。通过数值模拟分析了壁面粗糙度对流动及传热的影响,结果表明壁面粗糙度是影响传热的一个非常重要的因素。