本書基于計算流體力學(CFD)發(fā)展現(xiàn)狀，分析了CFD發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，對2035年CFD發(fā)展愿景進行了展望。全書分為10章，第1章為概述，簡要介紹了CFD的基本概念、發(fā)展歷史、主要應用領域和2035年總體愿景，凝練了CFD的九大重點發(fā)展方向，繪制了CFD 2035技術路線圖。第2～10章分別針對九大重點發(fā)展方向，即基于高性能硬件的CFD軟件與大數(shù)據(jù)技術，網(wǎng)格生成與自適應技術，高保真數(shù)值方法，轉捩、湍流與大范圍分離流動模擬技術，內流與燃燒，多介質多物理場耦合模擬與多學科耦合分析、驗證、確認與不確定度量化，多學科優(yōu)化設計，人工智能/量子計算與CFD的結合。具體介紹了各方向的概念及背景、研究現(xiàn)狀，制定了2035年目標，分析了差距與挑戰(zhàn)，給出了發(fā)展路線圖、措施與建議。
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目錄
序言
第1章 概述 1
1.1 CFD基本概念及發(fā)展歷史 1
1.1.1 CFD基本概念 1
1.1.2 CFD發(fā)展歷史 3
1.2 CFD主要應用領域 6
1.3 2035年目標 8
1.4 重點發(fā)展方向和技術路線圖 9
1.4.1 重點發(fā)展方向 9
1.4.2 現(xiàn)狀、目標和差距 9
1.4.3 技術路線圖 15
參考文獻 16
第2章 基于高性能硬件的CFD軟件與大數(shù)據(jù)技術 17
2.1 概念及背景 17
2.2 現(xiàn)狀及2035年目標 21
2.2.1 高性能計算現(xiàn)狀 21
2.2.2 面向CFD的大數(shù)據(jù)現(xiàn)狀 26
2.2.3 面向CFD的可視化現(xiàn)狀 28
2.2.4 2035年目標 30
2.3 差距與挑戰(zhàn) 31
2.3.1 未來高性能計算機差距與挑戰(zhàn) 31
2.3.2 面向CFD的并行算法和應用軟件的差距與挑戰(zhàn) 35
2.3.3 面向CFD的大數(shù)據(jù)差距與挑戰(zhàn) 36
2.3.4 面向CFD的可視化差距與挑戰(zhàn) 37
2.4 發(fā)展路線圖 39
2.5 措施與建議 40
2.5.1 發(fā)展面向CFD的異構多態(tài)融合體系結構協(xié)同設計 40
2.5.2 構建自主高性能計算生態(tài)環(huán)境 42
2.5.3 加強大型CFD應用先進并行算法和軟件研制 43
2.5.4 培養(yǎng)計算科學的多學科交叉型人才 44
2.5.5 加強面向CFD的大數(shù)據(jù)和可視化技術研究 44
參考文獻 46
第3章 網(wǎng)格生成與自適應技術 49
3.1 概念及背景 49
3.2 現(xiàn)狀及2035年目標 50
3.2.1 現(xiàn)狀 51
3.2.2 2035年目標 57
3.3 差距與挑戰(zhàn) 58
3.3.1 與CAD系統(tǒng)有效集成 58
3.3.2 網(wǎng)格自動與并行生成 60
3.3.3 網(wǎng)格自適應更新 62
3.4 發(fā)展路線圖 63
3.4.1 發(fā)展思路 63
3.4.2 階段性目標 64
3.5 措施與建議 65
參考文獻 66
第4章 高保真數(shù)值方法 69
4.1 概念及背景 69
4.2 現(xiàn)狀及2035年目標 71
4.2.1 現(xiàn)狀 72
4.2.2 2035年目標 82
4.3 差距與挑戰(zhàn) 83
4.4 發(fā)展路線圖 84
4.5 措施與建議 85
參考文獻 87
第5章 轉捩、湍流與大范圍分離流動模擬技術 95
5.1 概念及背景 95
5.2 現(xiàn)狀及2035年目標 97
5.2.1 現(xiàn)狀 98
5.2.2 2035年目標 109
5.3 差距與挑戰(zhàn) 110
5.3.1 DNS 111
5.3.2 LES 111
5.3.3 RANS-LES差距 112
5.3.4 湍流模式差距 113
5.3.5 轉捩模式差距 113
5.3.6 基于穩(wěn)定性理論的轉捩預測差距 114
5.4 發(fā)展路線圖 114
5.4.1 DNS方法 115
5.4.2 LES方法 116
5.4.3 RANS-LES混合方法 116
5.4.4 湍流模式 117
5.4.5 轉捩模式 117
5.4.6 基于穩(wěn)定性理論的轉捩預測 118
5.5 措施與建議 118
參考文獻 119
第6章 內流與燃燒 130
6.1 概念及背景 130
6.2 現(xiàn)狀及2035年目標 132
6.2.1 現(xiàn)狀 133
6.2.2 2035年目標 155
6.3 差距與挑戰(zhàn) 155
6.3.1 高性能計算的有效利用及CFD程序開發(fā) 156
6.3.2 葉輪機內轉捩和大尺度渦旋流動的非定常湍流模擬 156
6.3.3 航空發(fā)動機燃燒室數(shù)值仿真技術 157
6.4 發(fā)展路線圖 157
6.4.1 內流發(fā)展路線圖 158
6.4.2 燃燒發(fā)展路線圖 159
6.5 措施與建議 161
參考文獻 162
第7章 多介質多物理場耦合模擬與多學科耦合分析 176
7.1 概念及背景 176
7.1.1 多介質流動 176
7.1.2 多物理場流動 177
7.1.3 多學科耦合分析 179
7.2 現(xiàn)狀及2035年目標 182
7.2.1 現(xiàn)狀 183
7.2.2 2035年目標 203
7.3 差距與挑戰(zhàn) 205
7.3.1 多介質流動模擬 207
7.3.2 多物理場模擬 207
7.3.3 多學科耦合分析 208
7.4 發(fā)展路線圖 211
7.5 措施與建議 212
7.5.1 多介質流模擬 213
7.5.2 多物理場模擬 213
7.5.3 多學科耦合分析 214
7.6 典型案例分析 215
參考文獻 215
第8章 驗證、確認與不確定度量化 221
8.1 概念及背景 221
8.2 現(xiàn)狀及2035年目標 226
8.2.1 現(xiàn)狀 226
8.2.2 2035年目標 233
8.3 差距與挑戰(zhàn) 233
8.3.1 指南、規(guī)范和標準 234
8.3.2 誤差估計和不確定度量化 235
8.3.3 CFD驗證與確認基準模型數(shù)據(jù) 236
8.4 發(fā)展路線圖 237
8.5 措施與建議 237
參考文獻 238
第9章 多學科優(yōu)化設計 244
9.1 概念及背景 244
9.2 現(xiàn)狀及2035年目標 245
9.2.1 現(xiàn)狀 245
9.2.2 2035年目標 266
9.3 差距與挑戰(zhàn) 267
9.4 發(fā)展路線圖 268
9.5 措施與建議 270
9.6 典型案例分析 271
參考文獻 276
第10章 人工智能/量子計算與CFD的結合 295
10.1 概念及背景 295
10.1.1 人工智能在CFD中的應用 295
10.1.2 量子計算：人工智能的革命性算力 297
10.2 現(xiàn)狀及2035年目標 298
10.2.1 人工智能方法在網(wǎng)格方面的應用現(xiàn)狀 299
10.2.2 人工智能在CFD數(shù)值算法方面的融合現(xiàn)狀 299
10.2.3 人工智能在數(shù)據(jù)分析方面的應用現(xiàn)狀 301
10.2.4 人工智能功能性替代CFD方面的現(xiàn)狀 302
10.2.5 量子計算機發(fā)展現(xiàn)狀 306
10.2.6 量子CFD算法發(fā)展現(xiàn)狀 307
10.2.7 2035年目標 308
10.3 差距與挑戰(zhàn) 309
10.4 發(fā)展路線圖 311
10.5 措施與建議 312
10.5.1 數(shù)據(jù)驅動的模型構建和應用 313
10.5.2 數(shù)值求解方面的人工智能融入 316
10.5.3 CFD結果的數(shù)據(jù)挖掘 319
10.5.4 CFD與實驗的智能融合 320
10.5.5 建立系統(tǒng)的高保真數(shù)據(jù)庫 321
10.5.6 CFD與量子計算的融合建議 321
10.6 典型案例分析 321
參考文獻 325
附錄 本書作者之外的參與者及貢獻者 327
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