STTR Phase I: Parallel Lattice Kinetic Software for High Mach Number Fluid Dynamics

STTR 第一阶段:用于高马赫数流体动力学的并行晶格动力学软件

基本信息

  • 批准号:
    0441673
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 10万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2005
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2005-01-01 至 2005-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This Small Business Technology Transfer (STTR) Phase I project will produce an advanced parallel computational tool for unified prediction of continuum and rarefied flow over reusable launch vehicles of real world complexity. The technology will be an enhancement of the Digital Physics technology based on Lattice Boltzmann Methods (LBM). The project will start with development and implementation of a high Mach number model on the platform of commercial low Mach/Knudsen number flow/acoustics simulator PowerFLOW. In this way, the highest standards of numerical accuracy/efficiency, parallel scalability, and geometrical flexibility will be achieved. After optimizing and benchmarking this new numerical algorithm, the research team will simulate a full-scale problem including complex geometry of a space vehicle operating across a wide range of Knudsen and, especially, Mach numbers. The goal here will be to both demonstrate the parallel computational efficiency of this approach and to analyze the flow sensitivity to the flight regime and to design changes. If this proof-of-concept effort is successful, the goal of the next phase will be to further develop this parallel computational tool and test it on well-documented, full-scale vehicle studies emphasizing aerodynamic shape optimization for flight envelopes of interest to both Government and private industry.The unified rarefied/continuum flow prediction tool in this project has the potential to open major new commercial markets for the extended PowerFLOW product, especially at the engineering design level. First, this new technology shall enable high Mach number flow prediction within the aerospace industry. Secondly, this new tool's parallel efficiency, due to the strong locality of the underlying numerical schema, will enable the use of cost-effective, COTS-based, parallel computing clusters to solve these difficult flow problems. Thirdly, the ability of the LBM methods to address compressible flow problems should open important new markets for novel LBM-based technologies in a variety of industries. Finally, this new technology should open broad new markets for computer-aided engineering by enabling shape optimization of vehicles operating within nontrivial geometry and flow physics regimes, which are now designed/optimized using either experiment or semi-empirical rules.
这一小企业技术转让(STTR)第一阶段项目将产生一种先进的并行计算工具,用于统一预测真实的世界复杂性的可重复使用运载火箭上的连续流和稀薄流。 该技术将是基于Lattice Boltzmann方法(LBM)的数字物理技术的增强。 该项目将首先在商用低马赫数/努森数流/声学模拟器PowerFLOW平台上开发和实现高马赫数模型。 通过这种方式,将实现最高标准的数值精度/效率、并行可扩展性和几何灵活性。在对这种新的数值算法进行优化和基准测试之后,研究小组将模拟一个全面的问题,包括在广泛的努森,特别是马赫数范围内运行的航天器的复杂几何形状。 这里的目标是既要证明这种方法的并行计算效率,又要分析流动对飞行状态和设计变化的敏感性。 如果这一概念验证工作成功,下一阶段的目标将是进一步开发这种并行计算工具,并在有据可查的全尺寸飞行器的研究,强调政府和私营企业都感兴趣的飞行包线的气动外形优化。该项目中的连续流预测工具有可能为扩展的PowerFLOW产品打开主要的新商业市场,特别是在工程设计层面。 首先,这项新技术将使航空航天工业中的高马赫数流动预测成为可能。 其次,这种新的工具的并行效率,由于强大的本地化的底层数值模式,将使使用具有成本效益的,COTS为基础的,并行计算集群来解决这些困难的流量问题。 第三,LBM方法解决可压缩流动问题的能力将为各种行业中基于LBM的新技术开辟重要的新市场。 最后,这项新技术应该打开广阔的新的市场,计算机辅助工程,使形状优化的车辆内运行的非平凡的几何形状和流动物理制度,这是现在设计/优化使用实验或半经验规则。

项目成果

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知道了