面向复杂流动和几何的各向异性混合网格的并行及自适应生成方法

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11432013
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    330.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A09.流体力学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Hybrid anisotropic mesh related methodologies are studied for flow simulations of advanced aerospace vehicle design, where semi-structured prisms and unstructured anisotropic tetrahedra are configured on the boundary layer and remaining region, respectively. Adaptive flowchart is introduced to analyse flow features with unknown geometry positions and shapes. Three key technologies are developed to address the fundamental issues involved in these methodologies. Firstly, a level set PDE based technique is employed for boundary layer mesh generation, and the solver is based on the boundary element method. Secondly, by combining the metric based mesh sizing tool and local mesh modification operations, a unified adaption approach is developed for both unstructured and boundary layer parts of the mesh. Surface adaption is allowed as well following the similar approach for the volume mesh. Finally, because any time-consuming sequential bottleneck is unacceptable in time critical and large scaled aerodynamics simulations, all the mesh generation approaches are parallelized so that the entire simulation pipeline can run on a distributed system. The final goal is to get a set of in-house CFD tools based on these anisotropic hybrid mesh related methodologies. These tools can handle the aerodynamics problems configured with very complex geometries in a highly automatic and fully parallel manner, where more than thousands of computers cores can be used to solve a simulation problem that contains hundreds of millions of freedoms. Benchmarks and industry examples for typical inflow and outflow problems are solved to validate and verify the developed methodologies and software tools, including those with moving boundaries.
面向飞行器设计中的复杂流动问题,研究如下网格生成方法:边界层采用各向异性三棱柱单元,内部布置各向异性四面体单元,引入自适应流程解析位置未知的各向异性流场。解决制约这类网格方法有效应用的关键问题。首先,基于水平集法建立边界层网格生成的等效PDE方程,利用边界元法精确求解该方程,解决复杂几何情形下已有前沿层进法不够鲁棒的问题。其次,张量尺寸场为各向异性网格方法研究提供了基本的数学工具,基于它和网格局部编辑操作为非结构网格、边界层网格和表面网格的自适应处理建立统一的方法体系。最后,研究高效可靠的并行网格生成方法,实现从“串行网格生成+并行求解”的“准并行”计算流程到“并行网格生成+并行求解”的“全过程并行”CFD流程的跨越。研制自主知识产权的并行自适应CFD求解系统,该系统能有效利用上千个计算核处理包含1亿以上网格点的计算模型。针对内外流场以及可动边界流场计算验证上述CFD方法和软件。

结项摘要

面向飞行器设计中的复杂流动问题,深入开展了各向异性混合网格生成的基础理论和算法研究、软件开发以及方法和软件的验证等工作。在“适应复杂几何外形的边界层网格生成方法”、“各向异性网格自适应局部更新方法”、“大规模网格的并行生成方法”等关键科学问题上取得了多项成体系的原创性成果,包括:① 提出了基于矢量形式拉普拉斯方程的边界层网格生成新方法,开发了控制方程的快速多级边界元求解算法,并将该方法拓展应用于结构网格的自动分区问题;② 基于张量尺寸场和网格编辑操作建立了统一的网格自适应更新方法体系,实现了自适应于流场的各向异性网格自适应局部更新方法;③ 创造性提出两类自动区域分解技术,发展了集并行曲面网格生成、并行实体网格生成以及并行体网格优化于一体的全过程并行网格生成方法体系,解决了十亿以上自由度精细数值模拟与分析面临的计算网格生成难题;④ 提出了可靠高效的并行非结构网格重构方法,发展了面向动边界流场分析动网格生成以及全过程并行模拟等创新方法。基于上述成果研制了自主知识产权的并行自适应CFD求解系统,针对内外流场以及可动边界流场计算验证了方法和软件的正确性和有效性。在国家数值风洞工程、两机专项等重大科技项目的支持下,本项目形成的部分算法和软件已进入实质性应用阶段,为自主可控计算力学软件研发、国家重大和重点型号项目攻关提供了重要支撑。

项目成果

期刊论文数量(27)
专著数量(2)
科研奖励数量(3)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Domain decomposition approach for parallel improvement of tetrahedral meshes
四面体网格并行改进的域分解方法
  • DOI:
    10.1016/j.jpdc.2017.04.008
  • 发表时间:
    2017-09-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF PARALLEL AND DISTRIBUTED COMPUTING
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Chen, Jianjun;Zhao, Dawei;Zheng, Jianjing
  • 通讯作者:
    Zheng, Jianjing
三维有限元网格尺寸场光滑化的优化模型和算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    计算机辅助设计与图形学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王丁丁;肖周芳;陈建军;刘智伟;余闯
  • 通讯作者:
    余闯
文氏管对旋流流场影响的数值研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    推进技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张阳;邹建锋;郑耀;傅燕妮;王安科
  • 通讯作者:
    王安科
Numerical simulations of shock/obstacle interactions using an improved ghost-cell immersed boundary method
使用改进的鬼细胞浸入边界法对冲击/障碍物相互作用进行数值模拟
  • DOI:
    10.1016/j.compfluid.2019.02.014
  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
    Computers & Fluids
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Zhang Yang;Fang Xinglong;Zou Jianfeng;Shi Xing;Ma Zhenhai;Zheng Yao
  • 通讯作者:
    Zheng Yao
Parallel algorithms for moving boundary problems by local remeshing
通过局部重新网格划分移动边界问题的并行算法
  • DOI:
    10.1108/ec-11-2018-0545
  • 发表时间:
    2019-10
  • 期刊:
    Engineering Computations
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    He Lisha;Zheng Jianjing;Zheng Yao;Chen Jianjun;Zhou Xuan;Xiao Zhoufang
  • 通讯作者:
    Xiao Zhoufang

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其他文献

基于信息熵的流线质量评估和布局算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
    计算机工程与应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张沙;解利军;桂立业;郑耀
  • 通讯作者:
    郑耀
面向混合曲面模型的自动拓扑生成算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    浙江大学学报(工学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈建军;郑耀;黄争舸;郑建靖
  • 通讯作者:
    郑建靖
采用移动粒子法对蒸发管结构优化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    推进技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邢菲;张帅;郑耀
  • 通讯作者:
    郑耀
全被动式海流能量采集系统水动力学机理
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    浙江大学学报(工学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓见;戴滨;邵雪明;郑耀
  • 通讯作者:
    郑耀
甲烷-空气预混射流火焰的大涡模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    燃烧科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    夏一帆;杨瑶;王高峰;郑耀
  • 通讯作者:
    郑耀

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空天飞行器推进系统的并行燃烧模拟
  • 批准号:
    90405003
  • 批准年份:
    2004
  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    重大研究计划

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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