背  景 ：

       国内顶尖的的研究所花很多时间重复着简单机械的网格生成；需要熟悉非常繁多的配置项，相当的费心；软件基本上都是分离的，每个人都只是在用自己的经验而非共同的经验来的解决问题，协同是很少的，采购的协同软件基本上都是不用的，总体而言，大家是很忙的，工作效率却不高的。

01  数值风洞是工程化CFD的解决之道

       针对以上问题，ROMTEK提出对工程化数值风洞的自身的理解。

       数值风洞是建立在高性能计算平台（高性能集群、大型计算机、分布式网络等硬件载体）上的，以流体力学及相关专业的数值计算方法、求解方法和实验方法为依据的，以CFD、多学科优化、分布式计算、数据分析及可视化为基础的技术的，以科学计算中间件、科学工作流、面向服务的体系结构、云计算等为基本的构造模式的，融合了专家智力、领域知识和机器智能化的数字化风洞产品。

数值风洞应具备的能力

02  工程化CFD的技术途径

       数值风洞软件集成框架系统由一体化集成平台和前置网格集成子系统、核心CFD解算器集成子系统、后处理软件集成子系统等部分组成。

数值风洞子系统示意图

人机交互子系统

         客户端界面、门户界面

基础中间件

         Mirror着力解决异构系统下的资源共享问题，将软件进行“搭积木”的方式封装，快速完成设计/分析/优化，实现一体化的工程设计，规范设计流程，提高设计效率。

Mirror中间件

工作流程定制子系统

         提供图形化的流程定制功能，功能完整的工作流引擎。

数据管理子系统

        对数值风洞仿真流程中数据流的定制，实现对不同类型数据的封装处理，提供与各类数据库对接适配的数据库接口，实现数据在系统间的共享及分析。

计算资源子系统

        对系统软硬件资源的统一调度和管理。包括软件license的管理分配，硬件资源的监控、计算任务批量提交、计算任务过程监控等。

前处理集成子系统

        包括自动化网格生成软件以及数值风洞专用前置处理软件的服务化封装。

解算软件集成子系统

         解算软件的服务化封装，包括集成GridGen、Pointwise、Catia、Pgrid、Jet3D、HyperCFD、UesCFD、PnsCFD、Lgheat、Fluent、Tecplot、GridStar、ICEM、Lsight、Ensight等。

后处理集成/结果分析/报表生成

        专用后置处理软件的服务化封装，提供对计算结果的分析功能，并生成数值风洞计算报表。

应用支持系统集成子系统

         对第三方应用支持系统的集成，包括对可信度分析软件工具、工程应用验证数据库以及最佳实践知识库的服务化封装。

多用户管理子系统

         对不同用户的权限进行管理，处理不同用户之间的协同通信问题，满足多个用户参与的协同任务。

03 ROMTEK工程化CFD的实践

一院十所数值风洞平台

工程界面图

        一院十所项目数值风洞系统采用标准的C\S模式，其中客户端安装部署于用户终端，作为用户操作的入口，包含所有前端集成的软件和前端数据库。服务端部署于高性能计算集群，受理所有用户操作命令，其中包含数据管理、界面交互、前处理、计算软件集成、工作流定制、平台调度管理、流畅可视化及后处理等功能。

631数值风洞平台

      631项目数值风洞系统采用BS+CS混合模式，主要为外部人员提供计算服务，因此BS为主，倾向于流程固化，为用户提供单一的接口验证与确认为优势，有数据库和知识库做支撑，提供固化的工作流，供用户调用，批量产生可信数据。

631工程界面图

01 项目背景

       随着军事研究的不断发展，气动学的不断应用，使得航天企业内部系统产生试验、测试、仿真等数据增长的速度越来越快。对这些海量庞杂的数据进行储存、整合、管理都是新的挑战，而且在传统的航天设计领域，主要依靠物理模型试验和经验评估方法，费用高、周期长，然而对这些宝贵试验数据进行重利用率很低，没有充分利用其应用价值，数据再利用就显得尤为重要。

02 设计方案

      根据开发任务平台大体分为五大部分，数据库管理、数据准备、数据分析（数据挖掘）、可视化、获取知识。

数据再利用可以分为以下几个阶段：

1、数据清理和预处理

2、创建目标数据集

3、选择数据挖掘函数或算法建模进行预测

4、模式评估和知识表示：数据对比、可视化、变换等

5、发现新知识，得到预测评估值。

以数据分析为核心建立的综合业务平台

•       实现数据流程化管理；

•       实现海量数据整合管理；

•       灵活应对分析方法的变化；

•       实现建模预测规律；

实现与可视化工具、分析系统的集成与关联

03 建设效果

         本平台拥有先进的数据库优化技术，保障海量数据的结构化管理效率，便于进行统计以及趋势分析。

系统数据管理界面

曲线纵差分析图

曲线横差分析图

曲线分析界面

04 拓展

       通过对平台的技术分块可以扩展出多个研发方向：数据库管理系统、数值模拟集成系统、数据可视化系统等应用能力。对数据的挖掘再利用是必要的，可以从中发现和得到更多有用信息。每个领域都可从收集和分析数据中获益。

       参数化网格生成技术为网格的快速、高质量、自动化生成提供了一种很好的解决途径。特别是针对气动外形的局部修改时，会形成系列变化中的外形，制定好网格生成程序后，就能适应气动外形的变化，并能通过修改少量参数，进行网格加密、空间网格调整，达到优化网格的目的。

① 网格意义

       CFD对流场进行仿真分析，需要在流场中解流动控制方程，对计算域进行离散化是数值方法求解流动控制方程的前提。网格剖分就是用来离散化计算域。通常计算域的边界都是通过几何外形来表达的，例如飞机表面到外场空间一定范围被隔离成一个封闭的计算域，而在这个封闭计算域剖分的网格即可用来计算飞机在空气中的气动特性。

② 传统网格剖分方法与缺点

       传统结构化网格剖分方法主要是通过工程应用人员利用通用网格软件手动绘制。首先导入CAD模型，然后利用模型曲线和曲面，绘制表面网格，然后生成附面层网格，最后构建外场网格。通用网格软件往往提供有丰富的工具，能够精细的控制每个局部的网格及分布，从而得到高质量的网格。但通用网格生成方法的缺点也比较明显。

▶ 比较依赖人工经验，软件学习有一定难度。

▶ 局部细节调整多，工作量大。

▶ 网格生成周期长，时间成本高。

▶ 数模变化适应性不足，局部外形改动意味着重新绘制网格。

③ Grille参数化网格介绍

        Grille CFD参数化网格生成技术站在CFD应用的角度思考，针对网格剖分工作量大、时间周期长的难点，从网格生成基础技术中发展而来。

3.1  网格生成流程

3.2 关键技术

▶  基础网格生成技术

▶  CAD内核技术

▶  网格信息关联技术

▶  附面层推进技术

3.3 优势

▶  网格生成过程自动化，快速高效

▶  网格参数控制灵活，修改方便

▶  具备数模外形自适应能力

▶  流程简单，使用方便

与通用网格软件对比

④经典案例

4.1 外形自适应

4.2 网格质量参数化控制

4.3 参数化网格生成实例

⑤ 总结

      Grille CFD参数化网格生成软件继承了传统结构化网格生成质量高的特点，同时又具备快速、自动、自适应外形变化的优点，是对网格生成技术的深度探索和典型应用。

      摘要 summary 

典型的算法/解算器集成流程如下：

背  景 ：

       国内顶尖的的研究所花很多时间重复着简单机械的网格生成；需要熟悉非常繁多的配置项，相当的费心；软件基本上都是分离的，每个人都只是在用自己的经验而非共同的经验来的解决问题，协同是很少的，采购的协同软件基本上都是不用的，总体而言，大家是很忙的，工作效率却不高的。

01  数值风洞是工程化CFD的解决之道

       针对以上问题，ROMTEK提出对工程化数值风洞的自身的理解。

       数值风洞是建立在高性能计算平台（高性能集群、大型计算机、分布式网络等硬件载体）上的，以流体力学及相关专业的数值计算方法、求解方法和实验方法为依据的，以CFD、多学科优化、分布式计算、数据分析及可视化为基础的技术的，以科学计算中间件、科学工作流、面向服务的体系结构、云计算等为基本的构造模式的，融合了专家智力、领域知识和机器智能化的数字化风洞产品。

数值风洞应具备的能力

02  工程化CFD的技术途径

       数值风洞软件集成框架系统由一体化集成平台和前置网格集成子系统、核心CFD解算器集成子系统、后处理软件集成子系统等部分组成。

数值风洞子系统示意图

人机交互子系统

         客户端界面、门户界面

基础中间件

         Mirror着力解决异构系统下的资源共享问题，将软件进行“搭积木”的方式封装，快速完成设计/分析/优化，实现一体化的工程设计，规范设计流程，提高设计效率。

Mirror中间件

工作流程定制子系统

         提供图形化的流程定制功能，功能完整的工作流引擎。

数据管理子系统

        对数值风洞仿真流程中数据流的定制，实现对不同类型数据的封装处理，提供与各类数据库对接适配的数据库接口，实现数据在系统间的共享及分析。

计算资源子系统

        对系统软硬件资源的统一调度和管理。包括软件license的管理分配，硬件资源的监控、计算任务批量提交、计算任务过程监控等。

前处理集成子系统

        包括自动化网格生成软件以及数值风洞专用前置处理软件的服务化封装。

解算软件集成子系统

         解算软件的服务化封装，包括集成GridGen、Pointwise、Catia、Pgrid、Jet3D、HyperCFD、UesCFD、PnsCFD、Lgheat、Fluent、Tecplot、GridStar、ICEM、Lsight、Ensight等。

后处理集成/结果分析/报表生成

        专用后置处理软件的服务化封装，提供对计算结果的分析功能，并生成数值风洞计算报表。

应用支持系统集成子系统

         对第三方应用支持系统的集成，包括对可信度分析软件工具、工程应用验证数据库以及最佳实践知识库的服务化封装。

多用户管理子系统

         对不同用户的权限进行管理，处理不同用户之间的协同通信问题，满足多个用户参与的协同任务。

03 ROMTEK工程化CFD的实践

一院十所数值风洞平台

工程界面图

        一院十所项目数值风洞系统采用标准的C\S模式，其中客户端安装部署于用户终端，作为用户操作的入口，包含所有前端集成的软件和前端数据库。服务端部署于高性能计算集群，受理所有用户操作命令，其中包含数据管理、界面交互、前处理、计算软件集成、工作流定制、平台调度管理、流畅可视化及后处理等功能。

631数值风洞平台

      631项目数值风洞系统采用BS+CS混合模式，主要为外部人员提供计算服务，因此BS为主，倾向于流程固化，为用户提供单一的接口验证与确认为优势，有数据库和知识库做支撑，提供固化的工作流，供用户调用，批量产生可信数据。

631工程界面图

01 项目背景

       随着军事研究的不断发展，气动学的不断应用，使得航天企业内部系统产生试验、测试、仿真等数据增长的速度越来越快。对这些海量庞杂的数据进行储存、整合、管理都是新的挑战，而且在传统的航天设计领域，主要依靠物理模型试验和经验评估方法，费用高、周期长，然而对这些宝贵试验数据进行重利用率很低，没有充分利用其应用价值，数据再利用就显得尤为重要。

02 设计方案

      根据开发任务平台大体分为五大部分，数据库管理、数据准备、数据分析（数据挖掘）、可视化、获取知识。

数据再利用可以分为以下几个阶段：

1、数据清理和预处理

2、创建目标数据集

3、选择数据挖掘函数或算法建模进行预测

4、模式评估和知识表示：数据对比、可视化、变换等

5、发现新知识，得到预测评估值。

以数据分析为核心建立的综合业务平台

•       实现数据流程化管理；

•       实现海量数据整合管理；

•       灵活应对分析方法的变化；

•       实现建模预测规律；

实现与可视化工具、分析系统的集成与关联

03 建设效果

         本平台拥有先进的数据库优化技术，保障海量数据的结构化管理效率，便于进行统计以及趋势分析。

系统数据管理界面

曲线纵差分析图

曲线横差分析图

曲线分析界面

04 拓展

       通过对平台的技术分块可以扩展出多个研发方向：数据库管理系统、数值模拟集成系统、数据可视化系统等应用能力。对数据的挖掘再利用是必要的，可以从中发现和得到更多有用信息。每个领域都可从收集和分析数据中获益。

       参数化网格生成技术为网格的快速、高质量、自动化生成提供了一种很好的解决途径。特别是针对气动外形的局部修改时，会形成系列变化中的外形，制定好网格生成程序后，就能适应气动外形的变化，并能通过修改少量参数，进行网格加密、空间网格调整，达到优化网格的目的。

① 网格意义

       CFD对流场进行仿真分析，需要在流场中解流动控制方程，对计算域进行离散化是数值方法求解流动控制方程的前提。网格剖分就是用来离散化计算域。通常计算域的边界都是通过几何外形来表达的，例如飞机表面到外场空间一定范围被隔离成一个封闭的计算域，而在这个封闭计算域剖分的网格即可用来计算飞机在空气中的气动特性。

② 传统网格剖分方法与缺点

       传统结构化网格剖分方法主要是通过工程应用人员利用通用网格软件手动绘制。首先导入CAD模型，然后利用模型曲线和曲面，绘制表面网格，然后生成附面层网格，最后构建外场网格。通用网格软件往往提供有丰富的工具，能够精细的控制每个局部的网格及分布，从而得到高质量的网格。但通用网格生成方法的缺点也比较明显。

▶ 比较依赖人工经验，软件学习有一定难度。

▶ 局部细节调整多，工作量大。

▶ 网格生成周期长，时间成本高。

▶ 数模变化适应性不足，局部外形改动意味着重新绘制网格。

③ Grille参数化网格介绍

        Grille CFD参数化网格生成技术站在CFD应用的角度思考，针对网格剖分工作量大、时间周期长的难点，从网格生成基础技术中发展而来。

3.1  网格生成流程

3.2 关键技术

▶  基础网格生成技术

▶  CAD内核技术

▶  网格信息关联技术

▶  附面层推进技术

3.3 优势

▶  网格生成过程自动化，快速高效

▶  网格参数控制灵活，修改方便

▶  具备数模外形自适应能力

▶  流程简单，使用方便

与通用网格软件对比

④经典案例

4.1 外形自适应

4.2 网格质量参数化控制

4.3 参数化网格生成实例

⑤ 总结

      Grille CFD参数化网格生成软件继承了传统结构化网格生成质量高的特点，同时又具备快速、自动、自适应外形变化的优点，是对网格生成技术的深度探索和典型应用。