内容精选面向航空航天领域的工业CFD软件开发水平

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航空航天领域的工业CFD软件虽然具有鲜明的行业特征，但其本质仍然是软件。 迄今为止，讨论CFD软件的文献大多集中于CFD理论方法的研究，缺乏对工程软件开发的研究。 由于软件开发的局限性、复杂性和不可见性，使得描述软件开发过程的软件开发和组织方法自然具有一定程度的抽象性。 这就带来了很多概念上的误解和实践上的争议。 因此，在指导特定领域的实际软件开发时需要进行相应的适应性组合和剪裁。 本文将结合作者团队软件开发的实践经验，以“解剖麻雀”的方式，从多个维度科学分析工业CFD软件开发整个生命周期的各个阶段。 一些专题问题*终用于促进CFD软件开发者之间的交流，共同提高国内自主工业CFD软件的开发水平。

(1)工业CFD软件特点及发展趋势

特征：

① 开发过程的不确定性较高

② 软件使用专业性高

③ 对HPC平台依赖度高

发展趋势：

①CAD/CAE流程集成

②多学科耦合

③云及工业APP

(2)基于CFD软件特点的持续集成开发实践

针对工业CFD软件开发周期长、需求定义困难、开发过程不确定性高等特点，作者团队开发了该软件设计的持续集成和部署流程，并提供了一套完全独立的工业CFD软件开发流程。 迭代开发解决方案。 如下图所示。 团队大致按季度设定一个迭代周期，通过收集新的功能需求和之前版本的反馈来制定下一个周期的开发计划。 基于持续集成技术，结合CFD软件开发的特点，实现多人协同开发平台和全工具链的自动化编译、构建和测试平台，解决自动化程度低、测试环节分离等技术难题，测试数据分散，难以快速响应软件变更。 协同开发平台主要功能负责软件工程管理，包括需求管理、任务管理、缺陷管理、配置管理等，新代码变更后，自动触发建立的自动化测试流程，通过静态缺陷形成测试扫描、单元测试、自动化编译、计算实例集成测试等。报告、发现测试问题并记录到缺陷管理。 源代码关键分支的变更一般是功能分支验证后进行代码合并，输出一个相对稳定的受控版本到生产环境，经过更全面的人工验证和可信度评估。 经过第三方测试，如果符合预期，就可以纳入配置管理并发布产品。

图1 CFD软件持续集成流程设计

(3)工业CFD软件的验证和确认

①基本流程。 在验证和确认过程中，遵循先验证后确认的原则。 首先验证软件代码不存在明显影响仿真结果的缺陷或错误，离散方法（包括离散格式和计算域离散化）是否合适，数值求解过程可靠，数值求解过程可靠。解决方案能够合理地代表模型开发者的意图。 然后进行实施和确认，定量评估软件中的模型与真实现象的吻合程度。

②验证和确认数据库。 验证和确认过程需要高可靠性的基准数据，这些数据通常来自标准模型的风洞测试。 为了根据上述评价指标体系来评价软件的可信度，作者团队收集整理了70多项国内外两次以上高可靠性基准测试的数据，为客观、系统地评价软件可靠性提供依据。

③CFD软件的可信度评价。 为了提高软件可信度评估过程的自动化程度，专门开发了可信度评估平台，可以实现高度自动化的软件加载、作业调度、计算监控、结果分析、评估报告生成等评估分析活动。

(4) 案例：NNW-软件

该软件由国家数值风洞项目资助，是中国空气动力研究开发中心自主研发的通用计算流体力学软件。 该软件以工业应用需求为驱动，为航空航天领域的复杂流动问题提供数值模拟解决方案。 研发团队在国家数值风洞项目启动时，意识到“工业CFD软件研发”实际上已经超越了“CFD技术研究”本身，涉及到数学、流体力学、计算机和计算机科学的交叉学科。其他学科内容精选面向航空航天领域的工业CFD软件开发水平，都是一个庞大的系统工程。 因此，我们坚持用软件工程思想指导软件开发设计，用产品思维进行流程管理和组织。 下表是对以往技术有关软件开发流程和开发方法的总结。 这些技术和方法也将在实践中不断改进和完善。

（五）总结与展望

随着产业转型升级，数字化设计是未来发展的新趋势。 中国市场对以CFD软件为代表的工业软件的需求将更加旺盛。 在政策和需求的推动下，开发自主的工业CFD软件迫在眉睫。 与成熟的商业软件相比，自主工业CFD软件开发必须找到突破口才能迎头赶上，而突破的核心之一就是运用软件工程思维来优化开发模式。 实践出真知，工业CFD软件的开发是一个长期的过程。 ，还需要不断探索和完善。 本文从航空航天领域CFD应用特点出发，从“道、术、工具”多个维度（即开发模式、开发方法、开发工具等）探讨工业CFD软件的开发思路。

做

经过

简单的

之间

张健，博士研究生，助理研究员，主要研究领域包括计算流体力学应用与软件开发、高性能计算、软件工程。

周乃春，博士，研究员，国家数值风洞工程副总设计师。 主要研究领域为计算流体动力学方法研究和软件开发。

李明，博士，副研究员。 主要研究领域为计算流体动力学、非结构网格高阶数值方法和软件开发。

刘杰，博士，研究员，博士生导师，CCF专业会员，主要研究领域为并行算法和高性能计算应用。

陈江涛，副研究员，主要研究方向为科学计算验证与确认、不确定性量化。

向东，工程师，主要研究方向为软件工程和计算流体力学软件前端开发。

金涛自动化软件开发，工程师，主要研究领域为B/S软件架构设计。

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