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【AIAA年度综述】NASA推动CFD 2030愿景的举措

 昵称m5Gu5 2019-01-14

2018年,美国航空航天学会(AIAA)批准了组建CFD2030愿景集成委员会,以倡导、激发和实现愿景研究所推荐的活动,以便推动分析、设计和认证所需的计算技术的革命性进步。

美国国家航空航天局(NASA)发起的CFD 2030 愿景研究在2014年发布时提出了基于物理的计算能力的大胆设想。该路线图指导研究实现这一愿景,并在2018年开展了重要工作。

该愿景研究强调了顶级计算能力在实现航空航天界的模拟目标中的作用。通过与英伟达(NVIDIA)公司,欧道明(Old Dominion)大学,ParaTools有限公司,美国国防部高性能计算现代化计划的生产力提升、技术转让和培训组织合作,NASA位于弗吉尼亚州兰利研究中心的研究人员于5月份为NASA的NS方程求解器FUN3D展示了令人印象深刻的下一代计算性能。该团队探索了适用于许多核心架构的各种编程模型,这些架构推动了顶级高性能计算设施的当前领域,并使用基于CUDA模型的方法来移植和优化整套FUN3D内核。为了展示大规模实施的效率,该团队利用早期使用Summit系统的机会进行了测试。Summit是一个新的IBM AC922领先级系统,配备NVIDIA Tesla V100图形处理单元或GPU,安装在田纳西州橡树岭国家实验室。这个系统在6月份获得了世界上最强大的超级计算机的排名。实验在4月和5月进行,使用多达1024个硬件节点,包括总共6144个Tesla V100 GPU。研究人员将GPU方法的性能与仅在双插槽IBM Power9(每个处理单元具有44个核心)中央处理单元上运行的传统混合MPI/OpenMP公式的性能进行了比较,测试显示GPU方法具有标称30倍的速度优势,或者总吞吐量相当于大约100万个中央处理核心的总吞吐量。

该研究还强调了通过CFD验证实验的作用。高温流动的湍流模拟研究相当有限,主要是由于难以在这种流动中进行详细测量。NASA位于俄亥俄州的格林研究中心正在进行一系列测试,称为湍流热通量实验,以收集可能导致此类流量计算建模的数据。在5月和6月使用粒子图像测速技术和拉曼光谱技术分别测量了具有135个冷却孔的矩形板上的热喷流排气的方形喷嘴。针对一系列喷嘴排气温度和马赫数以及冷却孔吹入比获得了大量数据。        

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NASA湍流热通量实验的实验件

8月,NASA启动了针对各大学和行业的12个研究项目的谈判,以推动在湍流模拟、数值算法、基准实验、多学科分析和优化方面取得进展,并通过分析建立飞机认证要求。

同样在今年,参加未来CFD技术研讨会的研究人员同意建议更好地利用航空航天CFD社区内基础学科的进步,并促进利益相关方政府机构(包括美国能源署,能源部和国防部)之间更好的合作。

(航空工业发展中心王萍)

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