第2章 計算流體力學仿真
更新時間:2024-01-17 作者:十月廿二
學霸的軍工科研系統 第2章 計算流體力學仿真
1996年，那是一個進機房還要穿鞋套的年代，計算機可是個新鮮玩意，學生的私人電腦當然是幾乎不存在的，就連學校的機房，除非獲得學院或者更高級的審批，否則也只能靠著學生證每天用最多一個小時而已。 此時常浩南就坐在一臺不知道什么品牌的電腦前面，看著顯示器上面熟悉而又陌生的畫面。 經典流體力學計算軟件Fluent，并且相對于1996年來說算是比較新的版本。 最古老的fluent只是個偏微分方程求解器，本身甚至沒有網格劃分功能，那樣的話工作量還要再多上幾倍不止。 雖然常浩南有了系統buff可以做到行云流水的操作，但是1996年的電腦本身實在是做不到行云流水的反應，而他目前最缺的就是時間。 不過即便如此，三維建模過程也還是需要額外的軟件來完成，比如達索公司的CATIA。 “這下真的是爺青回了，雙重意義上的。” 常浩南看著眼前的CRT顯示器、軌跡球鼠標和win95界面暗想道。 “浩南，你什么時候學會的這些東西？”站在常浩南身后的吳懿范眼神中帶著好奇。 他關心的當然不是常浩南正在進行的仿真建模工作本身，而是后者對于電腦極為嫻熟的使用。他認識一個華夏人民大學的大佬，在大二的時候就通過電腦編程賺了二十多萬元，一度成為他心中的偶像。 “當然是在你去校外聯絡生意的時候。”常浩南頭也不回地說道。 而同樣在站在常浩南身后的張漫和周書萬則是已經幾乎驚掉了下巴，臉上滿是難以置信的表情。 相比于幾乎不怎么對學業上心的吳懿范，他們兩個人可是知道對飛機這種復雜結構進行建模有多么困難，哪怕只是把圖紙上早就畫好的東西給原樣轉移到電腦上面，對于一個生手來說也是天文數字般的工作量。 然而這一切在常浩南的手中卻是如此的舉重若輕，隨著他操作著鍵盤和鼠標的手指翻飛，一架大三角翼常規布局的戰斗機模型逐漸出現在了電腦屏幕上。 等效機翼模型，完成 全機氣動模型，完成 中途機房管理老師過來提醒他們時間到了，害怕常浩南受到打擾的吳懿范果斷把自己的一個小時加在了這臺電腦上，隨后周書萬和張漫也陸續貢獻出了自己的學生證。 進氣道建模…… 發動機建模…… “呼……” 在系統的“指導”下，常浩南幾乎進入了一種忘我的工作狀態，當他終于完成了所需要的建模工作時，才發現竟然已經過去幾個小時了。 “這就……結束了？”張漫有些目瞪口呆地看著面前的屏幕，雖然剛剛全程觀看了整個建模過程，但用四個小時的時間做出一個精細度如此之高的三維模型還是讓她有一種不真實感。 “嚴格來說當然沒有。”常浩南伸了個懶腰，身體向后靠在椅背上：“但是我們課程只要求進行氣動設計，所以機載設備、內部結構之類的就不去管它了，反正我們知道這架飛機肯定是能飛起來的。” “厲害啊，南哥，我覺得就算是咱們學院的教授，也沒幾個能比你更熟練的吧？”張漫絲毫沒有吝惜對于常浩南的贊美，而且對他的稱呼也已經出現了變化。 本來以為組里面的大腿是周書萬，結果這個之前看上去有些瘋瘋癲癲的常浩南才是真正的隱藏大佬！ 不，學神！ 學神的瘋瘋癲癲怎么能叫瘋瘋癲癲呢？那是常人不懂得神的想法罷了。 “如果只論仿真模擬這方面的話，那還真差不多。” 常浩南伸手摸了摸自己茂密的頭發，身體向后靠在椅背上，露出一個自信的微笑。他也不是吹著嘮，在這方面全世界都未必能找出比他更熟練的人。 “但我們之前說的是要算出這架飛機的性能？”吳懿范撓了撓頭，他雖然也看出了常浩南厲害，但實在是不想自己給自己上強度。 “當然，不過計算過程會比較耗費時間，所以我這次只算進氣道部分的性能，接下來只要對機體外流場采用有限體積法求解歐拉方程，進氣道內流場采用有限體積法求解N-S方程，就可以獲得比較典型的進氣道性能數據了。” 常浩南一邊把模型文件保存起來，一邊打開fluent準備進行下一步操作。 對于復雜外形的網格生成，可采用分區結構網格或整體非結構網格，分區結構網格計算效率高，但是網格生成自動化程度低，非結構網格的的特點則與之相反。 系統作為一個“科研導師”，自然是把這兩種技術全都教給了常浩南，但后者需要選擇其中一種輸出到面前的電腦上。 雖然96年的新版本軟件已經可以劃分網格，但功能還不是很完善，考慮到這個年代計算機的性能跟二十多年后相比還是小有差距，常浩南最終選擇了計算效率更高的前者。 “27號機，你們的上機時間又要到了，這次……”就在這個關鍵時候，機房老師的聲音再次從門口傳來，而這次他們已經沒有另一個學生證可以拿來用了。 “用我的吧。” 清冷的女聲從常浩南身后的一排響起，幾人回過頭，看到一個長發披肩、身穿淡藍色連衣裙、戴著圓框眼鏡的高挑女生站了起來，把一張紅色封面的證件遞給了機房老師：“我這邊下機了，之后算他們的。” 那個證件顯然不一般，機房老師只是掃了一眼，甚至沒有再往手中的本子上記什么就轉身走出了機房。 “謝謝……” 人家畢竟是幫了個大忙，因此在機房老師離開之后，常浩南連忙出言感謝，但開口之后卻又拿不太準對方到底是老師還是學生。 “姚夢娜，博士二年級，應該算是你們的學姐。” 姚夢娜一邊做了個簡單的自我介紹，一邊離開自己剛剛使用的電腦來到了常浩南幾人旁邊：“只要你們不下機，這臺電腦就能一直用下去，不用擔心再有人來打擾了。” “實在太感謝學姐了，我們……” 吳懿范也堆著笑臉連忙感謝道，然而話才說到一半就被打斷了：“沒關系，正好我也想接著看伱們準備怎么繼續做下去，是要對整機進行流體力學模擬么？” 顯然姚夢娜同樣對于常浩南正在進行的建模很感興趣，但由于剛才四個人說話的聲音很小，她并沒能聽清具體的內容。 常浩南點點頭：“是的，準備用fluent進行全粘性奈維斯托克斯方程的數值求解。” 聽到這個答案之后的姚夢娜微微瞪圓了眼睛。 她確實沒想過這幾個，或者說這個看上去還是本科生的準備玩這么大——她從剛才就已經注意到了前面一排的這幾個人，自然知道全部工作都是由正坐在電腦前面的這一個人完成的。 實際上即便是已經讀到博士二年級的姚夢娜，也只是才開始逐漸接觸航空器的計算流體動力學（CFD）模擬而已。 “應該不介意我在旁邊看一下吧？”姚夢娜雖然用的是疑問的語氣，但沒等常浩南回答就已經坐到了旁邊的一張椅子上：“或許我還能幫上一些忙。” 話雖然這么說，但姚夢娜自己其實也沒有一個特別清晰的思路，她主要還是想通過常浩南的做法尋找一些靈感。在眼下這個時間當口，數字化設計和計算機模擬對于整個華夏的航空設計人員來說都還是個新鮮東西。 就在二人說話的功夫，常浩南已經把剛剛完成的建模導入到了fluent里面，并且開始進行有限體積法的網格化處理。 “呵……” 接下來才是他表演的時刻。 這個年代的fluent還沒有漂亮的圖形化界面和大量可以直接調用的預設模型，尤其是對于超音速流體動力學這樣的復雜模擬，更是只能完成其中的一部分內容。 不過這些并不能難倒已經知道了接下來所有步驟的常浩南。 既然現有軟件只能完成一部分工作，那就用Fortran語言寫一個求偏微分方程組數值解的算法出來。 然后通過調用外部程序的方式來操作Fluent完成可以偷懶的那部分，再利用腳本實現自動化運算。 旁邊看著的姚夢娜剛開始還抱著相對輕松的心態，但僅僅閉眼打個哈欠之后她就發現自己已經完全跟不上思路。 尤其常浩南的代碼輸入速度幾乎要起飛，讓她根本來不及看清楚每一段代碼的作用，更別提把整個過程記下來了。 “那個……” 姚夢娜有些遲疑地開口，想要問問常浩南具體的數值模擬思路，但是一時間還有點拉不下臉來直接向本科生請教問題，只好換了個委婉一些的說法。 “我們能對一下思路么，我的想法好像和你有點不太一樣？” “好啊，先說一下你的思路，我看看有什么問題。” 常浩南再次完全沉浸在了工作中，加上才剛剛重生幾個小時而已，因此下意識地以為自己還是在研究所里面帶實習生。 “啊？” 一句話讓姚夢娜差點破防。 不是，什么叫你看看有沒有什么問題啊？ 真把自己當標準答案了？ 這么自信的嘛？ 而且最重要的是…… 她根本想不出一個完整思路啊！ 姚夢娜連續做了幾個深呼吸，又拍了拍自己的胸口才緩過這口氣來。 “不……不用了，你說一下你的想法，我自己對比一下就好。”學霸的軍工科研系統 第2章 計算流體力學仿真
1996年，那是一個進機房還要穿鞋套的年代，計算機可是個新鮮玩意，學生的私人電腦當然是幾乎不存在的，就連學校的機房，除非獲得學院或者更高級的審批，否則也只能靠著學生證每天用最多一個小時而已。 此時常浩南就坐在一臺不知道什么品牌的電腦前面，看著顯示器上面熟悉而又陌生的畫面。 經典流體力學計算軟件Fluent，并且相對于1996年來說算是比較新的版本。 最古老的fluent只是個偏微分方程求解器，本身甚至沒有網格劃分功能，那樣的話工作量還要再多上幾倍不止。 雖然常浩南有了系統buff可以做到行云流水的操作，但是1996年的電腦本身實在是做不到行云流水的反應，而他目前最缺的就是時間。 不過即便如此，三維建模過程也還是需要額外的軟件來完成，比如達索公司的CATIA。 “這下真的是爺青回了，雙重意義上的。” 常浩南看著眼前的CRT顯示器、軌跡球鼠標和win95界面暗想道。 “浩南，你什么時候學會的這些東西？”站在常浩南身后的吳懿范眼神中帶著好奇。 他關心的當然不是常浩南正在進行的仿真建模工作本身，而是后者對于電腦極為嫻熟的使用。他認識一個華夏人民大學的大佬，在大二的時候就通過電腦編程賺了二十多萬元，一度成為他心中的偶像。 “當然是在你去校外聯絡生意的時候。”常浩南頭也不回地說道。 而同樣在站在常浩南身后的張漫和周書萬則是已經幾乎驚掉了下巴，臉上滿是難以置信的表情。 相比于幾乎不怎么對學業上心的吳懿范，他們兩個人可是知道對飛機這種復雜結構進行建模有多么困難，哪怕只是把圖紙上早就畫好的東西給原樣轉移到電腦上面，對于一個生手來說也是天文數字般的工作量。 然而這一切在常浩南的手中卻是如此的舉重若輕，隨著他操作著鍵盤和鼠標的手指翻飛，一架大三角翼常規布局的戰斗機模型逐漸出現在了電腦屏幕上。 等效機翼模型，完成 全機氣動模型，完成 中途機房管理老師過來提醒他們時間到了，害怕常浩南受到打擾的吳懿范果斷把自己的一個小時加在了這臺電腦上，隨后周書萬和張漫也陸續貢獻出了自己的學生證。 進氣道建模…… 發動機建模…… “呼……” 在系統的“指導”下，常浩南幾乎進入了一種忘我的工作狀態，當他終于完成了所需要的建模工作時，才發現竟然已經過去幾個小時了。 “這就……結束了？”張漫有些目瞪口呆地看著面前的屏幕，雖然剛剛全程觀看了整個建模過程，但用四個小時的時間做出一個精細度如此之高的三維模型還是讓她有一種不真實感。 “嚴格來說當然沒有。”常浩南伸了個懶腰，身體向后靠在椅背上：“但是我們課程只要求進行氣動設計，所以機載設備、內部結構之類的就不去管它了，反正我們知道這架飛機肯定是能飛起來的。” “厲害啊，南哥，我覺得就算是咱們學院的教授，也沒幾個能比你更熟練的吧？”張漫絲毫沒有吝惜對于常浩南的贊美，而且對他的稱呼也已經出現了變化。 本來以為組里面的大腿是周書萬，結果這個之前看上去有些瘋瘋癲癲的常浩南才是真正的隱藏大佬！ 不，學神！ 學神的瘋瘋癲癲怎么能叫瘋瘋癲癲呢？那是常人不懂得神的想法罷了。 “如果只論仿真模擬這方面的話，那還真差不多。” 常浩南伸手摸了摸自己茂密的頭發，身體向后靠在椅背上，露出一個自信的微笑。他也不是吹著嘮，在這方面全世界都未必能找出比他更熟練的人。 “但我們之前說的是要算出這架飛機的性能？”吳懿范撓了撓頭，他雖然也看出了常浩南厲害，但實在是不想自己給自己上強度。 “當然，不過計算過程會比較耗費時間，所以我這次只算進氣道部分的性能，接下來只要對機體外流場采用有限體積法求解歐拉方程，進氣道內流場采用有限體積法求解N-S方程，就可以獲得比較典型的進氣道性能數據了。” 常浩南一邊把模型文件保存起來，一邊打開fluent準備進行下一步操作。 對于復雜外形的網格生成，可采用分區結構網格或整體非結構網格，分區結構網格計算效率高，但是網格生成自動化程度低，非結構網格的的特點則與之相反。 系統作為一個“科研導師”，自然是把這兩種技術全都教給了常浩南，但后者需要選擇其中一種輸出到面前的電腦上。 雖然96年的新版本軟件已經可以劃分網格，但功能還不是很完善，考慮到這個年代計算機的性能跟二十多年后相比還是小有差距，常浩南最終選擇了計算效率更高的前者。 “27號機，你們的上機時間又要到了，這次……”就在這個關鍵時候，機房老師的聲音再次從門口傳來，而這次他們已經沒有另一個學生證可以拿來用了。 “用我的吧。” 清冷的女聲從常浩南身后的一排響起，幾人回過頭，看到一個長發披肩、身穿淡藍色連衣裙、戴著圓框眼鏡的高挑女生站了起來，把一張紅色封面的證件遞給了機房老師：“我這邊下機了，之后算他們的。” 那個證件顯然不一般，機房老師只是掃了一眼，甚至沒有再往手中的本子上記什么就轉身走出了機房。 “謝謝……” 人家畢竟是幫了個大忙，因此在機房老師離開之后，常浩南連忙出言感謝，但開口之后卻又拿不太準對方到底是老師還是學生。 “姚夢娜，博士二年級，應該算是你們的學姐。” 姚夢娜一邊做了個簡單的自我介紹，一邊離開自己剛剛使用的電腦來到了常浩南幾人旁邊：“只要你們不下機，這臺電腦就能一直用下去，不用擔心再有人來打擾了。” “實在太感謝學姐了，我們……” 吳懿范也堆著笑臉連忙感謝道，然而話才說到一半就被打斷了：“沒關系，正好我也想接著看伱們準備怎么繼續做下去，是要對整機進行流體力學模擬么？” 顯然姚夢娜同樣對于常浩南正在進行的建模很感興趣，但由于剛才四個人說話的聲音很小，她并沒能聽清具體的內容。 常浩南點點頭：“是的，準備用fluent進行全粘性奈維斯托克斯方程的數值求解。” 聽到這個答案之后的姚夢娜微微瞪圓了眼睛。 她確實沒想過這幾個，或者說這個看上去還是本科生的準備玩這么大——她從剛才就已經注意到了前面一排的這幾個人，自然知道全部工作都是由正坐在電腦前面的這一個人完成的。 實際上即便是已經讀到博士二年級的姚夢娜，也只是才開始逐漸接觸航空器的計算流體動力學（CFD）模擬而已。 “應該不介意我在旁邊看一下吧？”姚夢娜雖然用的是疑問的語氣，但沒等常浩南回答就已經坐到了旁邊的一張椅子上：“或許我還能幫上一些忙。” 話雖然這么說，但姚夢娜自己其實也沒有一個特別清晰的思路，她主要還是想通過常浩南的做法尋找一些靈感。在眼下這個時間當口，數字化設計和計算機模擬對于整個華夏的航空設計人員來說都還是個新鮮東西。 就在二人說話的功夫，常浩南已經把剛剛完成的建模導入到了fluent里面，并且開始進行有限體積法的網格化處理。 “呵……” 接下來才是他表演的時刻。 這個年代的fluent還沒有漂亮的圖形化界面和大量可以直接調用的預設模型，尤其是對于超音速流體動力學這樣的復雜模擬，更是只能完成其中的一部分內容。 不過這些并不能難倒已經知道了接下來所有步驟的常浩南。 既然現有軟件只能完成一部分工作，那就用Fortran語言寫一個求偏微分方程組數值解的算法出來。 然后通過調用外部程序的方式來操作Fluent完成可以偷懶的那部分，再利用腳本實現自動化運算。 旁邊看著的姚夢娜剛開始還抱著相對輕松的心態，但僅僅閉眼打個哈欠之后她就發現自己已經完全跟不上思路。 尤其常浩南的代碼輸入速度幾乎要起飛，讓她根本來不及看清楚每一段代碼的作用，更別提把整個過程記下來了。 “那個……” 姚夢娜有些遲疑地開口，想要問問常浩南具體的數值模擬思路，但是一時間還有點拉不下臉來直接向本科生請教問題，只好換了個委婉一些的說法。 “我們能對一下思路么，我的想法好像和你有點不太一樣？” “好啊，先說一下你的思路，我看看有什么問題。” 常浩南再次完全沉浸在了工作中，加上才剛剛重生幾個小時而已，因此下意識地以為自己還是在研究所里面帶實習生。 “啊？” 一句話讓姚夢娜差點破防。 不是，什么叫你看看有沒有什么問題啊？ 真把自己當標準答案了？ 這么自信的嘛？ 而且最重要的是…… 她根本想不出一個完整思路啊！ 姚夢娜連續做了幾個深呼吸，又拍了拍自己的胸口才緩過這口氣來。 “不……不用了，你說一下你的想法，我自己對比一下就好。”學霸的軍工科研系統 第2章 計算流體力學仿真
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