案例1：HB-2标模

1．算例描述

HB-2模型是高超声速风洞流场标定和气动力测量考核的标准模型，可用于考核CFD软件对高超声速旋成体模型气动力和气动热的模拟能力。

图 1 HB-2几何模型图

自动化网格参数设置：包围盒8，相交层数13，缓冲层数2，最大层数14，自适应曲率15°；笛卡尔单元量100万耗时24s，网格效果展示如下图所示：

图 2 HB-2结构网格图

2．计算描述

HB-2标模的计算状态见下表：

表1 HB-2标模计算输入参数列表

气动力计算参考信息如表2所示：

表2 HB-2气动力计算参考信息

3．结果对比分析

GPU4060显卡进行批处理业务计算26个工况点，单个工况点100万网格量计算完成约3分钟。

图3 PiFlow批处理界面

图4法向力系数计算与试验对比

图5俯仰力矩系数计算与试验对比

4．结论

1）PiFlow全自动化网格生成，导入模型后全程无需人工控制自动生成网格。

2）PiFlow计算效率高，100万网格量单一工况3分钟内获得结果，配合工况批处理可高效获得气动数据。

3）PiFlow 与实验数据的法向力系数/俯仰力矩系数趋势基本吻合，PiFlow 在高超音速范围计算精度有较高可信度。

案例2：双椭球算例

1. 算例描述

该算例是评测CFD软件对高超声速流动中激波、激波与激波干扰的模拟能力。

图1 双椭球风洞模型图

自动化网格参数设置：包围盒8，相交层数14，缓冲层数2，最大层数15，自适应曲率15°；笛卡尔单元量380万耗时43s，网格效果展示如下图所示：

图2 双椭球计算网格

2. 计算描述

双椭球的计算状态见下表：

表1 双椭球计算输入参数列表（压力）

气动力计算参考信息：

表2 双椭球气动力计算参考信息

3. 结果对比分析

图3 给出了双椭球对称面上下表面的压强分布与实验数据的比较。图4-图5为PiFlow计算的流场结果。

图3 PiFlow与实验压强分布对比曲线

图4 对称面压力系数云图

4. 结论

1）PiFlow全自动化网格生成，导入模型后只需设置几个网格参数即可自动生成网格，本案例380万网格量，耗时43秒。

2）PiFlow计算效率高，380万网格量单一工况2分48秒内获得结果。

3）通过求解三维 Euler 方程，对三维双椭球高超声速绕流问题进行了数值模拟，计算结果和实验数据相吻合，表明了PiFlow软件计算的正确性和可靠性。

案例3：乘波体案例

1. 算例描述

高超声速飞行器由于其设备载荷与结构等原因，常常采用简单组合体外形，该算例是评测CFD软件对乘波体外形的模拟能力。

图1 乘波体几何模型

自动化网格参数设置：包围盒8，相交层数14，缓冲层数2，最大层数15，自适应曲率15°；笛卡尔单元量273.6万耗时1分03秒，网格效果展示如下图所示：

图2 乘波体计算网格

2. 计算描述

乘波体的计算状态见下表：

表3 乘波体计算输入参数列表

气动力计算参考信息：

表4 乘波体气动力计算参考信息

3. 结果对比分析

为了验证PiFlow软件高超状态计算结果的正确性，因此与XX单位一款高超计算的专业软件进行对比，该软件使用的是粘性方程SST模型，置信度对比图如下所示。

图3 升力系数对比图

图4 阻力系数对比图

图5 俯仰力矩系数对比图

4. 结论

1）PiFlow全自动化网格生成，导入模型后只需设置几个网格参数即可自动生成网格，本案例273.6万网格量，耗时1分03秒。

2）PiFlow计算效率高，273.6万网格量单一工况2分内获得结果，配合工况批处理可高效获得气动数据，11个工况点总耗时22分钟。

3）PiFlow软件高超音速的气动结果与对比软件计算结果吻合较好，满足设计要求；PiFlow软件阻力系数略有偏差，误差在合理范围内。