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【沐鸣2平台注册网址】数字模拟风洞实验更容易帮助开发更省油的飞机

新的研究证明了模拟如何能够比物理风洞实验更快地产生更详细和准确的数据。有了更详细的数据,工程师将能够优化喷气式发动机涡轮叶片的设计,并实现更大的减重。这将提高飞机的燃油效率,并减少导致气候变化的排放,尤其在航空公司被要求优先考虑减少排放而不是抵消碳排放的情况下。

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来自英国、美国、日本、加拿大和德国的国际研究团队说,他们发表在《计算机与流体》上的研究结果也为 “数字 “风洞最终取代物理风洞打开了大门,这可以降低成本并导致改进设计。

喷气发动机涡轮机目前是使用雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)模拟和风洞测试的组合来设计的,后者试图用近似的模型来捕捉湍流的行为。

然而,RANS模拟的精度有限,特别是对于非稳定流,而实际的风洞测试既昂贵又费时,而且往往为设计者提供有限的数据。因此,人们对使用高保真直接数值模拟的兴趣日渐浓厚,这种模拟可以直接捕捉湍流物理学的所有方面,以获得准确的预测,而无需借助风洞。

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主要作者、帝国理工学院航空系的彼得-文森特教授说,我们的模拟是令人兴奋的,原因如下:

首先,它们为我们提供了更准确和详细的数据,因此我们可以了解到很多基本的流动物理学,并有可能通过基于机器学习的方法使用它来训练新的湍流模型。

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其次,随着计算机硬件的进步,我们可能很快就能以比物理风洞实验更快和更低的成本获得数据。因此,尽管数字风洞测试可能在若干年内不会取代物理风洞,但我们的研究表明它现在是一种真正的可能性。

虽然这项研究特别关注喷气式发动机涡轮叶片的测试,但在许多其他领域,这种方法也可以发挥作用,包括潜水艇、汽车、高层建筑和风力涡轮机的设计–所有这些领域目前都严重依赖风洞测试。

文森特教授补充说:”涡轮机械以外的应用包括海洋、汽车和绿色能源部门,我们希望该技术在未来几年将发挥重要作用。”

仿真是在橡树岭国家实验室的泰坦超级计算机上使用PyFR软件进行的。该软件能够在一系列不同的硬件平台上运行,包括现代英伟达图形处理单元,如构成泰坦的那些。

A. S. Iyer, Y. Abe, B. C. Vermeire, P. Bechlars, R. D. Baier, A. Jameson, F. D. Witherden, P. E. Vincent的 “MTU-T161低压涡轮叶片上方流动的高阶精确直接数值模拟”,发表在《计算机与流体》上。

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