第2章 计算流体力学仿真

1996年,那是一个进机房还要穿鞋套的年代,计算机可是个新鲜玩意,学生的私人电脑当然是几乎不存在的,就连学校的机房,除非获得学院或者更高级的审批,否则也只能靠着学生证每天用最多一个小时而已。

此时常浩南就坐在一台不知道什么品牌的电脑前面,看着显示器上面熟悉而又陌生的画面。

经典流体力学计算软件Fluent,并且相对于1996年来说算是比较新的版本。

最古老的fluent只是个偏微分方程求解器,本身甚至没有网格划分功能,那样的话工作量还要再多上几倍不止。

虽然常浩南有了系统buff可以做到行云流水的操作,但是1996年的电脑本身实在是做不到行云流水的反应,而他目前最缺的就是时间。

不过即便如此,三维建模过程也还是需要额外的软件来完成,比如达索公司的CATIA。

“这下真的是爷青回了,双重意义上的。”

常浩南看着眼前的CRT显示器、轨迹球鼠标和win95界面暗想道。

“浩南,你什么时候学会的这些东西?”站在常浩南身后的吴懿范眼神中带着好奇。

他关心的当然不是常浩南正在进行的仿真建模工作本身,而是后者对于电脑极为娴熟的使用。他认识一个华夏人民大学的大佬,在大二的时候就通过电脑编程赚了二十多万元,一度成为他心中的偶像。

“当然是在你去校外联络生意的时候。”常浩南头也不回地说道。

而同样在站在常浩南身后的张漫和周书万则是已经几乎惊掉了下巴,脸上满是难以置信的表情。

相比于几乎不怎么对学业上心的吴懿范,他们两个人可是知道对飞机这种复杂结构进行建模有多么困难,哪怕只是把图纸上早就画好的东西给原样转移到电脑上面,对于一个生手来说也是天文数字般的工作量。

然而这一切在常浩南的手中却是如此的举重若轻,随着他操作着键盘和鼠标的手指翻飞,一架大三角翼常规布局的战斗机模型逐渐出现在了电脑屏幕上。

等效机翼模型,完成

全机气动模型,完成

中途机房管理老师过来提醒他们时间到了,害怕常浩南受到打扰的吴懿范果断把自己的一个小时加在了这台电脑上,随后周书万和张漫也陆续贡献出了自己的学生证。

进气道建模……

发动机建模……

“呼……”

在系统的“指导”下,常浩南几乎进入了一种忘我的工作状态,当他终于完成了所需要的建模工作时,才发现竟然已经过去几个小时了。

“这就……结束了?”张漫有些目瞪口呆地看着面前的屏幕,虽然刚刚全程观看了整个建模过程,但用四个小时的时间做出一个精细度如此之高的三维模型还是让她有一种不真实感。

“严格来说当然没有。”常浩南伸了个懒腰,身体向后靠在椅背上:“但是我们课程只要求进行气动设计,所以机载设备、内部结构之类的就不去管它了,反正我们知道这架飞机肯定是能飞起来的。”

“厉害啊,南哥,我觉得就算是咱们学院的教授,也没几个能比你更熟练的吧?”张漫丝毫没有吝惜对于常浩南的赞美,而且对他的称呼也已经出现了变化。

本来以为组里面的大腿是周书万,结果这个之前看上去有些疯疯癫癫的常浩南才是真正的隐藏大佬!

不,学神!

学神的疯疯癫癫怎么能叫疯疯癫癫呢?那是常人不懂得神的想法罢了。

“如果只论仿真模拟这方面的话,那还真差不多。”

常浩南伸手摸了摸自己茂密的头发,身体向后靠在椅背上,露出一个自信的微笑。他也不是吹着唠,在这方面全世界都未必能找出比他更熟练的人。

“但我们之前说的是要算出这架飞机的性能?”吴懿范挠了挠头,他虽然也看出了常浩南厉害,但实在是不想自己给自己上强度。

“当然,不过计算过程会比较耗费时间,所以我这次只算进气道部分的性能,接下来只要对机体外流场采用有限体积法求解欧拉方程,进气道内流场采用有限体积法求解N-S方程,就可以获得比较典型的进气道性能数据了。”

常浩南一边把模型文件保存起来,一边打开fluent准备进行下一步操作。

对于复杂外形的网格生成,可采用分区结构网格或整体非结构网格,分区结构网格计算效率高,但是网格生成自动化程度低,非结构网格的的特点则与之相反。

系统作为一个“科研导师”,自然是把这两种技术全都教给了常浩南,但后者需要选择其中一种输出到面前的电脑上。

虽然96年的新版本软件已经可以划分网格,但功能还不是很完善,考虑到这个年代计算机的性能跟二十多年后相比还是小有差距,常浩南最终选择了计算效率更高的前者。

“27号机,伱们的上机时间又要到了,这次……”就在这个关键时候,机房老师的声音再次从门口传来,而这次他们已经没有另一个学生证可以拿来用了。

“用我的吧。”

清冷的女声从常浩南身后的一排响起,几人回过头,看到一个长发披肩、身穿淡蓝色连衣裙、戴着圆框眼镜的高挑女生站了起来,把一张红色封面的证件递给了机房老师:“我这边下机了,之后算他们的。”

那个证件显然不一般,机房老师只是扫了一眼,甚至没有再往手中的本子上记什么就转身走出了机房。

“谢谢……”

人家毕竟是帮了个大忙,因此在机房老师离开之后,常浩南连忙出言感谢,但开口之后却又拿不太准对方到底是老师还是学生。

“姚梦娜,博士二年级,应该算是你们的学姐。”

姚梦娜一边做了个简单的自我介绍,一边离开自己刚刚使用的电脑来到了常浩南几人旁边:“只要你们不下机,这台电脑就能一直用下去,不用担心再有人来打扰了。”

“实在太感谢学姐了,我们……”

吴懿范也堆着笑脸连忙感谢道,然而话才说到一半就被打断了:“没关系,正好我也想接着看你们准备怎么继续做下去,是要对整机进行流体力学模拟么?”

显然姚梦娜同样对于常浩南正在进行的建模很感兴趣,但由于刚才四个人说话的声音很小,她并没能听清具体的内容。

常浩南点点头:“是的,准备用fluent进行全粘性奈维斯托克斯方程的数值求解。”

听到这个答案之后的姚梦娜微微瞪圆了眼睛。

她确实没想过这几个,或者说这个看上去还是本科生的准备玩这么大——她从刚才就已经注意到了前面一排的这几个人,自然知道全部工作都是由正坐在电脑前面的这一个人完成的。

实际上即便是已经读到博士二年级的姚梦娜,也只是才开始逐渐接触航空器的计算流体动力学(CFD)模拟而已。

“应该不介意我在旁边看一下吧?”姚梦娜虽然用的是疑问的语气,但没等常浩南回答就已经坐到了旁边的一张椅子上:“或许我还能帮上一些忙。”

话虽然这么说,但姚梦娜自己其实也没有一个特别清晰的思路,她主要还是想通过常浩南的做法寻找一些灵感。在眼下这个时间当口,数字化设计和计算机模拟对于整个华夏的航空设计人员来说都还是个新鲜东西。

就在二人说话的功夫,常浩南已经把刚刚完成的建模导入到了fluent里面,并且开始进行有限体积法的网格化处理。

“呵……”

接下来才是他表演的时刻。

这个年代的fluent还没有漂亮的图形化界面和大量可以直接调用的预设模型,尤其是对于超音速流体动力学这样的复杂模拟,更是只能完成其中的一部分内容。

不过这些并不能难倒已经知道了接下来所有步骤的常浩南。

既然现有软件只能完成一部分工作,那就用Fortran语言写一个求偏微分方程组数值解的算法出来。

然后通过调用外部程序的方式来操作Fluent完成可以偷懒的那部分,再利用脚本实现自动化运算。

旁边看着的姚梦娜刚开始还抱着相对轻松的心态,但仅仅闭眼打个哈欠之后她就发现自己已经完全跟不上思路。

尤其常浩南的代码输入速度几乎要起飞,让她根本来不及看清楚每一段代码的作用,更别提把整个过程记下来了。

“那个……”

姚梦娜有些迟疑地开口,想要问问常浩南具体的数值模拟思路,但是一时间还有点拉不下脸来直接向本科生请教问题,只好换了个委婉一些的说法。

“我们能对一下思路么,我的想法好像和你有点不太一样?”

“好啊,先说一下你的思路,我看看有什么问题。”

常浩南再次完全沉浸在了工作中,加上才刚刚重生几个小时而已,因此下意识地以为自己还是在研究所里面带实习生。

“啊?”

一句话让姚梦娜差点破防。

不是,什么叫你看看有没有什么问题啊?

真把自己当标准答案了?

这么自信的嘛?

而且最重要的是……

她根本想不出一个完整思路啊!

姚梦娜连续做了几个深呼吸,又拍了拍自己的胸口才缓过这口气来。

“不……不用了,你说一下你的想法,我自己对比一下就好。”

(本章完)

第3章 现在的本科生都这么厉害了?

“也行,那你记一下。”常浩南倒也没多想,继续噼里啪啦地敲着键盘,头也不回地说道,正好此时他的工作也进入了最尾声的部分。

姚梦娜此时也顾不上其它,赶紧掏出笔和本子出来准备记录,但常浩南这个老子天下最吊的态度却看得另外三个人目瞪口呆——

这就是真正的大佬吗?

直接把博士二年级的学姐当本科二年级的学妹教?

吴懿范突然有些后悔自己过去三年没能好好学习。

把最后一行代码写完之后,常浩南按下鼠标中键,把编程界面拖回了最上面,他的编程格式非常规范,只是为了节约时间没有写注释而已,再加上代码并不算多,因此讲起来也很简单。

“考虑到电脑性能的限制以及模型的对称性,取半模进行计算以节省资源。”

“壁面附近网格可以局部增加密度……”

“无黏通量采用2阶Up-wind的Roe-FDS格式……”

“湍流模型采用k-ω SST两方程模型,考虑到气体的高温效应,计算中采用考虑变比热的热完全气体模型……”

“分子黏度采用Sutherland公式计算,对壁面取绝热无滑移、固体边界条件,对进出口分别采取压力远场和压力出口边界条件。”

“当各残差指标下降至少两个数量级,且出口流量基本维持不变时,即可认为计算收敛……”

“……”

花费不少口舌解释完自己的模拟思路之后,常浩南直接调动程序对刚刚的建模开始了计算,并且几乎是习惯性地对还在奋笔疾书的姚梦娜说道:“具体的编程语句和网格划分操作就不讲了,都是读过研究生的人,应该会的。”

“???”

姚梦娜有些茫然地抬起头。

常浩南这句话直接给她整不会了。

什么叫‘读过研究生的人应该会的’?这种东西现在哪有人能手把手地教啊,几乎都是自己摸索的好吗?

而且到底我是研究生还是你是研究生啊?

好吧,姚梦娜承认面前这个本科生在仿真模拟这方面确实比自己强那么亿点点……

好气啊,但又没有办法。

不过……这真的是本科生能做到的吗?

她的视线瞟向了常浩南放在键盘边上的那本学生证。

是本科生的颜色没错。

她甚至悄悄翻开了学生证的外页确认了一眼。

常浩南,京城航空航天大学航空科学与工程学院飞机系9302班,今年大三。

但是……这怎么可能的啊?先不说计算流体力学的事情,就算是写代码这件事本身也不是那么容易的。

绝大多数学生都是上了大一之后才开始了解到“电脑”这个东西,再考虑到每天最多一小时的操作时间,能进行简单编程的都是寥寥无几。

除非……

除非他在上大学以前就已经接触过这些东西了。

而有着这样想法的显然不止姚梦娜一个人,另外一边的张漫看向常浩南的眼神也逐渐发生了变化。

要知道在90年代中期,能在家里买电脑的那都是什么人?

不说非富即贵吧,反正至少也得有点东西。

实际上常浩南这个时候已经意识到了自己刚刚的态度好像有点不对,但看着身后不远处的姚梦娜,他实在也不知道该怎么说这件事。

所以只好沉默不语,让这件事尽快就这么过去吧。

好在尴尬的气氛没有持续太长时间。

“已经到晚饭时间了,我去帮你们买饭。”张漫看了看墙上的表,主动提出帮忙跑腿的要求:“学姐伱也要一份么?”

还没等姚梦娜回答,旁边的周书万也站了起来:“还是我去好了,这里离食堂挺远的,我的脚程更快。”

这句话让已经完成了程序设计,只等着计算机运行出结果的常浩南有些无奈地摇了摇头,周书万确实对张漫一片真情,但后者么……

既不答应也不拒绝,就这样一直吊了他四年。

再后来的事情常浩南不太清楚,但这两个人肯定是没走到一起,因为周书万跟他自己一样直到二十多年后仍然没结婚。

总之舔狗是不会有好下场的。

不要误会,常浩南并没有当过舔狗,只是刚毕业的时候一门心思扑在工作上,后来工作有点成绩了,年纪又大了,再加上成天出差,就……

当然他也不会蠢到直接去阻止对方做什么,沉浸在爱情中的人是意识不到自己正在被人当猴耍的,反而他这个劝阻的人很可能两头不落好。

等到什么时候有机会旁敲侧击一下吧,要是还不开窍,那就只能尊重并祝福了。

最终周书万还是拗不过张漫,让后者小跑着去食堂买饭了。

“奇怪……她平常都是让我去的啊,今天是怎么了……”周书万看着张漫离开的背影有些不解地嘟哝道。

“呃……”已经不是第一次见到类似情况的吴懿范手扶额头叹了口气。

“怎么了吗?”

周书万听到了吴懿范的叹息,还以为是常浩南的模拟出了什么问题,连忙凑过来,但屏幕上似乎和刚才差不多,仍然是一堆他并看不太懂的代码和数据。

这下就连原本一脸吃瓜的姚梦娜都忍不住抬起头用无可救药的眼神看了一眼周书万,然后露出一副孺子不可教的表情。

实际上这一次模拟的工作量并不算大,常浩南的目的只是计算一下米格21原本的性能,尤其是进气道在几个典型工况下的总压恢复系数、机翼在不同高度和攻角下的升力系数以及几个舵面的操控效率,顺便再把机体模型做出来。

毕竟按照他的计划,不会对飞机的后机身进行什么改动,到时候直接拿来用就好。

而且考虑到硬件性能的限制,他只是让系统输出了几个设计点的性能参数而已,并没有像重生之前习惯的那样直接跑流场曲线出来。

然而尽管如此,等到张漫把饭买回来的时候,计算仍然只是完成了一部分而已。

“这些……都是什么参数啊?”

张漫一边从手中的袋子里给每个人发了一个泡沫餐盒和一次性餐具,一边睁着大眼睛看向常浩南面前的屏幕。

作为京航王牌专业的学生,虽然刚才完全没跟上常浩南进行仿真模拟的思路,但这些结果大概代表什么张漫还是能看懂的,不过她还是用好奇中带着敬佩的语气问道。

“嗯,不同空速和迎角下进气道壁面特定点位的静压分布、轴向界面各典型位置的马赫数分布,还有不同来流马赫数下的阻力系数,这样就可以算出进气道的平均总压恢复系数,还有总压畸变。

另外如果把这些数据做成图表,还可以绘制出设计点的流场结构,当然现在计算才进行了一半多,还得等一等。”

常浩南说完之后,端着手中的饭盒站起身,准备到旁边的空教室去吃饭——能让张漫把饭盒带进这栋楼大概已经是管理老师的极限,如果让后者看到五个人围坐在电脑前面吃饭,恐怕要直接血压爆表晕过去。

(本章完)

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