日前，2024 年度上海市科學技術(shù)獎已正式揭曉，國家超級計算無錫中心神工坊團隊研發(fā)的《兼容國產(chǎn)異構(gòu)超算的航空發(fā)動機低排放燃燒和傳熱并行仿真技術(shù)及軟件研制》項目，榮獲科技進步獎二等獎。這一獎項是對團隊在高端仿真技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新成果的高度認可，也彰顯了國產(chǎn)超算在航發(fā)重大工程應(yīng)用中的突破性進展。

上海市科學技術(shù)獎是由上海市人民政府設(shè)立的科學技術(shù)獎項，重點獎勵科學發(fā)現(xiàn)、技術(shù)發(fā)明及促進經(jīng)濟社會發(fā)展的重大科技成果，設(shè)科技功臣獎、青年科技杰出貢獻獎、自然科學獎等七個類別，其中自然科學獎、技術(shù)發(fā)明獎、科技進步獎均設(shè)一等獎、二等獎（特等獎需特別貢獻）。

根據(jù)《上海市科學技術(shù)獎勵規(guī)定》（2023年滬府令8號），通過市科學技術(shù)獎評審委員會評審，市科學技術(shù)獎勵委員會審定，經(jīng)上海市人民政府批準，2024年度上海市科學技術(shù)獎授獎206項（人），國家超級計算無錫中心神工坊團隊名列其中。

圖片來源：上海發(fā)布

項目介紹：兼容國產(chǎn)異構(gòu)超算的航空發(fā)動機低排放燃燒和傳熱并行仿真技術(shù)及軟件研制

項目概述：

項目基于國家超級計算無錫中心神工坊技術(shù)團隊自主研發(fā)的SimForge HSF?高性能數(shù)值模擬引擎，構(gòu)建了基于國產(chǎn)超算的航空發(fā)動機燃燒與傳熱并行仿真軟件，并成功對該軟件進行了高性能改造，使其網(wǎng)格規(guī)模和并行規(guī)模均提升超2個量級，達到10億網(wǎng)格和100萬核心。通過接入UNAP高可擴展代數(shù)求解庫，更實現(xiàn)了10億階矩陣隱式求解，同等并行規(guī)模收斂效率提升超20倍。

不同迭代步長下的瞬時溫度等值線圖環(huán)形燃燒室的切片顯示了溫度場的明顯特征

項目優(yōu)勢：

1.該軟件提出了面向航空發(fā)動機燃燒室工程應(yīng)用的氣液兩相湍流燃燒計算模擬方法及仿真全流程解決方案。

• 流動方面：采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和有限體積法離散，采用基于壓力的求解方案，同時提供RANS和LES兩類模型；

國產(chǎn)軟件在民用渦扇航空發(fā)動機燃燒室啟動熱力設(shè)計場景中的測試驗證與實際應(yīng)用，目前實現(xiàn)了對火焰筒冷卻、噴嘴吹掃、旋流器開孔、燃油霧化等燃燒室日常設(shè)計場景的全覆蓋。

3.該軟件計算精度與商業(yè)軟件相當。

壓力損失、流量分配與可靠試驗數(shù)據(jù)偏差在±10%以內(nèi)，出口溫度分布系數(shù)RTDF的徑向分布趨勢與可靠試驗數(shù)據(jù)一致，峰值偏差在±15%以內(nèi)，出口污染物NOx排放量與試驗測量結(jié)果趨勢一致。

4.該軟件分辨率和并行規(guī)模超越商業(yè)軟件。

基于國產(chǎn)神威超算的100萬核心并行和10億級網(wǎng)格求解，大幅超躍可用的國外商業(yè)軟件。

5.該軟件打破商業(yè)軟件功能限制。

目前商業(yè)軟件由于功能和并行規(guī)模限制，尚不能支持全環(huán)燃燒室非定常模擬，本軟件是少有的點火、熄火和燃燒穩(wěn)定性分析自主工具之一。

深厚積累：神工坊團隊的航發(fā)仿真之路

高壓渦輪導向葉片吸力面上的溫度分布，展示了冷卻氣體經(jīng)冷卻孔噴射后的冷卻效果

2024年，神工坊團隊進一步在航發(fā)燃燒仿真領(lǐng)域取得關(guān)鍵突破，實現(xiàn)了全環(huán)形航空發(fā)動機燃燒室湍流燃燒的大規(guī)模并行模擬，為觀察真實火焰波動、捕捉非定?，F(xiàn)象提供了更真實的全新視角。

(a) 實驗環(huán)形燃燒室的 CAD 模型；(b) 表面網(wǎng)格

當前，《在“神威·太湖之光”超級計算機上隱式航空發(fā)動機整機的大規(guī)模并行模擬》的最新研究，則驗證了在“神威·太湖之光”超級計算機上，利用完全隱式非結(jié)構(gòu)化求解器，進行航空渦輪風扇發(fā)動機全三維流動和燃燒的大規(guī)模模擬的可行性，為實現(xiàn)全發(fā)動機的高精度數(shù)值模擬提供技術(shù)突破及理論支持。

壓力與溫度分布的仿真結(jié)果

從部件到整機、從理論方法到軟件應(yīng)用,這些在航發(fā)仿真領(lǐng)域取得的一系列突破，不僅驗證了神工坊團隊在高性能并行計算與多物理場耦合等方面的技術(shù)深度，更為其技術(shù)成果向更廣闊的航空航天應(yīng)用場景拓展奠定了堅實基礎(chǔ)。

結(jié)語

此次獲獎，是國家超級計算無錫中心神工坊團隊堅持技術(shù)自主研發(fā)、服務(wù)國家重大戰(zhàn)略的又一成果。未來，神工坊團隊將以高性能計算、人工智能、云計算等先進計算技術(shù)，持續(xù)推動新一代CAE技術(shù)革新。