計算流體力學2035願景

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《計算流體力學2035願景》，陳堅強 等 著，出版社： 科學出版社。

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內容簡介

《計算流體力學2035願景》基於計算流體力學(CFD)發展現狀，分析了CFD發展面臨的挑戰，對2035年CFD發展願景進行了展望。《計算流體力學2035願景》分為10章，第1章為概述，簡要介紹了CFD的基本概念、發展歷史、主要應用領域和2035年總體願景，凝練了CFD的九大重點發展方向，繪製了CFD 2035技術路線圖。第2～10章分別針對九大重點發展方向，即基於高性能硬件的CFD軟件與大數據技術，網格生成與自適應技術，高保真數值方法，轉捩、湍流與大範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、研究現狀，制定了2035年目標，分析了差距與挑戰，給出了發展路線圖、措施與建議。

目錄

序言

第1章概述1

1.1CFD基本概念及發展歷史1

1.1.1CFD基本概念1

1.1.2CFD發展歷史3

1.2CFD主要應用領域6

1.32035年目標8

1.4重點發展方向和技術路線圖9

1.4.1重點發展方向9

1.4.2現狀、目標和差距9

1.4.3技術路線圖15

參考文獻16

第2章基於高性能硬件的CFD軟件與大數據技術17

2.1概念及背景17

2.2現狀及2035年目標21

2.2.1高性能計算現狀21

2.2.2面向CFD的大數據現狀26

2.2.3面向CFD的可視化現狀28

2.2.42035年目標30

2.3差距與挑戰31

2.3.1未來高性能計算機差距與挑戰31

2.3.2面向CFD的並行算法和應用軟件的差距與挑戰35

2.3.3面向CFD的大數據差距與挑戰36

2.3.4面向CFD的可視化差距與挑戰37

2.4發展路線圖39

2.5措施與建議40

2.5.1發展面向CFD的異構多態融合體系結構協同設計40

2.5.2構建自主高性能計算生態環境42

2.5.3加強大型CFD應用先進並行算法和軟件研製43

2.5.4培養計算科學的多學科交叉型人才44

2.5.5加強面向CFD的大數據和可視化技術研究44

參考文獻46

第3章網格生成與自適應技術49

3.1概念及背景49

3.2現狀及2035年目標50

3.2.1現狀51

3.2.22035年目標57

3.3差距與挑戰58

3.3.1與CAD系統有效集成58

3.3.2網格自動與並行生成60

3.3.3網格自適應更新62

3.4發展路線圖63

3.4.1發展思路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章高保真數值方法69

4.1概念及背景69

4.2現狀及2035年目標71

4.2.1現狀72

4.2.22035年目標82

4.3差距與挑戰83

4.4發展路線圖84

4.5措施與建議85

參考文獻87

第5章轉捩、湍流與大範圍分離流動模擬技術95

5.1概念及背景95

5.2現狀及2035年目標97

5.2.1現狀98

5.2.22035年目標109

5.3差距與挑戰110

5.3.1DNS111

5.3.2LES111

5.3.3RANS-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基於穩定性理論的轉捩預測差距114

5.4發展路線圖114

5.4.1DNS方法115

5.4.2LES方法116

5.4.3RANS-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基於穩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現狀及2035年目標132

6.2.1現狀133

6.2.22035年目標155

6.3差距與挑戰155

6.3.1高性能計算的有效利用及CFD程序開發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航空發動機燃燒室數值仿真技術157

6.4發展路線圖157

6.4.1內流發展路線圖158

6.4.2燃燒發展路線圖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現狀及2035年目標182

7.2.1現狀183

7.2.22035年目標203

7.3差距與挑戰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現狀及2035年目標226

8.2.1現狀226

8.2.22035年目標233

8.3差距與挑戰233

8.3.1指南、規範和標準234

8.3.2誤差估計和不確定度量化235

8.3.3CFD驗證與確認基準模型數據236

8.4發展路線圖237

8.5措施與建議237

參考文獻238

第9章多學科優化設計244

9.1概念及背景244

9.2現狀及2035年目標245

9.2.1現狀245

9.2.22035年目標266

9.3差距與挑戰267

9.4發展路線圖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現狀及2035年目標298

10.2.1人工智能方法在網格方面的應用現狀299

10.2.2人工智能在CFD數值算法方面的融合現狀299

10.2.3人工智能在數據分析方面的應用現狀301

10.2.4人工智能功能性替代CFD方面的現狀302

10.2.5量子計算機發展現狀306

10.2.6量子CFD算法發展現狀307

10.2.72035年目標308

10.3差距與挑戰309

10.4發展路線圖311

10.5措施與建議312

10.5.1數據驅動的模型構建和應用313

10.5.2數值求解方面的人工智能融入316

10.5.3CFD結果的數據挖掘319

10.5.4CFD與實驗的智能融合320

10.5.5建立系統的高保真數據庫321

10.5.6CFD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