普渡大学 一种新的建模方法允许工程师模拟整个涡流碰撞，而不需要在超级计算机上进行大量的数据处理
学分:普渡大学视频/赵 2018年，一架飞往澳大利亚的飞机上的乘客经历了10秒钟的可怕俯冲，当时飞机尾部的涡流与另一架飞机的尾流相交
航空公司怀疑，这些漩涡的碰撞产生了剧烈的湍流，导致自由落体
为了帮助设计能够在极端情况下更好地机动的飞机，普渡大学的研究人员开发了一种建模方法，可以在减少计算时间的情况下模拟涡流碰撞的整个过程
这些物理知识可以被整合到工程设计代码中，以便飞机做出适当的反应
飞机设计者目前使用的模拟只捕捉到涡流碰撞事件的一部分，需要在超级计算机上进行大量的数据处理
无法轻易模拟涡流碰撞时发生的一切限制了飞机的设计
研究人员说，通过更现实、更完整的模拟，工程师可以设计出能够进行更突然机动的战斗机或能够在航空母舰上更安全着陆的直升机等飞机
机械工程教授卡洛·斯卡罗和他的研究团队使用超级计算机开发模型，有效地模拟涡流现象
“在极端条件下的飞机不能依靠简单的建模，”卡罗·斯卡罗说，他是普渡大学机械工程副教授，在航空航天领域获得了礼遇
“仅仅为了解决一些计算问题，就需要在1000个处理器上运行一个月
你需要更快的计算来进行飞机设计
" 工程师们仍然需要一台超级计算机来运行Scalo团队开发的模型，但是他们将能够在大约十分之一到百分之一的时间内模拟涡流碰撞，使用的计算资源远远少于大规模计算通常需要的资源
研究人员称该模型为“相干涡度保持大涡模拟”
《流体力学杂志》上发表的一篇论文总结了这一模型的四年发展
斯卡罗说:“CvP-LES模型能够捕捉超级复杂的物理，而不必在超级计算机上等待一个月，因为它已经包含了极端规模的计算必须小心复制的物理知识。”
工程师们使得在减少计算时间的情况下模拟碰撞涡流的完整“舞蹈”成为可能
学分:普渡大学 前普渡大学博士后研究员让·巴普蒂斯特·查佩尔领导了为期两年的模型构建过程
该项目的另一位普渡博士后研究员赵进行了复杂的大规模计算，以证明该模型是准确的
这些计算允许研究人员使用超过10亿个点来创建问题的更详细的表示
相比之下，4K超高清电视使用大约800万个点来显示图像
在此基础上，研究人员将CvP-LES模型应用于两个涡流管的碰撞事件，这两个涡流管被称为三叶形打结涡流，已知它们会跟踪飞机的机翼，并在重新连接时“跳舞”
这种舞蹈极难捕捉
“当漩涡碰撞时，会产生大量的湍流
Scalo说:“在计算上很难模拟，因为在两个看起来非常无辜和平静的结构之间会发生强烈的局部事件，直到它们发生碰撞。”
利用普渡大学的布朗超级计算机进行中等规模的计算，利用国防部的设施进行大规模的计算，研究小组处理了数千个事件的数据，这些事件发生在这些漩涡跳舞的时候，并将这些物理知识构建到模型中
然后他们使用湍流模型来模拟整个碰撞舞蹈
斯卡罗说，工程师可以简单地运行现成的模型来模拟任何时间长度的涡流，以最好地模拟飞机周围发生的情况
物理学家也可以缩小流体动力学实验的模型
“博士真正聪明的地方在于
美国陆军研究办公室流体动力学项目经理马修·曼森说:“斯卡罗的方法是利用流体物理学的信息来决定计算流体物理学的最佳策略
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陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室
“这是一个聪明的策略，因为它使解决方法比许多其他方法适用于更广泛的制度
这对车辆平台和武器系统的设计有着巨大的潜在影响，这将使我们的士兵成功地完成他们的任务
" 斯卡罗的团队将使用普渡最新的社区集群超级计算机贝尔，继续研究复杂的旋涡流
该团队还与国防部合作，将CvP-LES模型应用于直升机等旋翼飞行器的大规模测试案例
斯卡罗说:“如果你能够准确地模拟成千上万的流动事件，比如来自直升机桨叶的事件，你就可以设计出更复杂的系统。”
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