В сообществе Fluid Dynamics около 40 лет назад группа была в основном разделена на экспериментаторов и теоретиков. Тем не менее, в то время CFD был довольно новым, должен был работать на дорогих суперкомпьютерах и не заслуживал доверия. Было довольно распространено, что теоретик или экспериментатор в лучшем случае обесценивают результаты CFD, в то время как другие могут полностью игнорировать результаты CFD как бесполезные. Фактически, мой бывший доктор философии доктор Дэвид Уитфилд был одним из первых пионеров использования CFD наряду с аэродинамическими экспериментами в Арнольдском инженерно-техническом комплексе (AEDC). Эта ссылка хорошо объясняет мышление о CFD в те дни:
В AEDC CFD использовался в дополнение к испытаниям в аэродинамической трубе, но, по словам доктора Уитфилда, в начале 1970-х годов мало кто верил в CFD.
«На самом деле, - сказал он, - мои усилия по продвижению CFD в рамках AEDC в начале 1970-х годов, вероятно, вынудили меня или через большинство дверей из красного дерева. Однако, когда CFD использовался для объяснения источника проблемы угловатости потока в тестовая секция 16T, и когда группа CFD члена AEDC доктора Джона Адамса в VKF объяснила, как на самом деле работает туннель на Mach 12, а не на Mach 16, как считалось ранее, CFD нашел новую жизнь ».
«Мне однажды сказали, что« AEDC - это место для тестовых данных, и нет места для CFD », - пояснил он. «Наша цель состояла в том, чтобы помочь тем, кто работает в туннелях, лучше выполнять свою работу. Я не думаю, что AEDC должен быть просто местом для« тестовых данных ». Скорее, это должно быть место для решений и физического понимания проблем». и это может быть достигнуто лучше путем взаимного сотрудничества между теми, кто сосредоточен на экспериментах, и теми, кто сосредоточен на цифрах ».
В те дни, как правило, проектировщик разрабатывал новый прототип и отправлял его в аэродинамическую трубу для испытаний, и, возможно, одновременно выполнялся бы некоторый CFD. Как правило, было бы построено и протестировано много прототипов, что было очень дорого. Одна такая экспериментальная установка, на которой я работал, требовала 16 000 долларов в день испытаний. С другой стороны, с разработкой надежных кодов CFD с открытым исходным кодом, таких как OpenFoam, и кластерных компьютеров, моделирование CFD довольно дешево.
Итак, со временем CFD начали созревать, и с популяризацией кластерных компьютеров стало вполне реально запускать дешево. В связи с тем, что в таких журналах, как AIAA Journal, публикуется все больше подтверждений экспериментов, модели CFD стали доверять все больше и больше. В настоящее время стоимость проведения экспериментов намного дороже, чем проведение моделирования CFD. Таким образом, на начальных этапах проектирования используется больше симуляций CFD, причем многие итерации выполняются взад и вперед, и даже в наши дни в процессе проектирования часто используется оптимизация проектирования на основе CFD (CDO).
В настоящее время, насколько я понимаю, в настоящее время аэродинамические трубы используются главным образом по следующим причинам: (1) тестирование завершенных прототипов и (2) проведение фундаментальных исследований в области сверхзвуковых течений, особенно для разработки более точных численных моделей.
Что касается достижения сходства потоков, когда у вас есть два разных безразмерных числа, таких как число Рейнольдса и число Маха, экспериментатор должен выбрать, какое число является наиболее важным для сопоставления. Для дозвуковых течений следует использовать число Рейнольдса, тогда как для трансзвуковых и сверхзвуковых течений следует использовать число Маха.
Часто не удается сопоставить число Рейнольдса фактического прототипа с помощью модельного теста в аэродинамической трубе. Рассмотрим, например, 747 с числом Рейнольдса 2 000 000 000 ( ссылка ). Почти невозможно создать аэродинамическую трубу, которая может соответствовать этим типам чисел Рейнольдса. Люди пытались увеличить число Рейнольдса, уменьшая температуру и используя газы низкой плотности при низких температурах. Например, европейская трансзвуковая аэродинамическая труба (ETW) - одна из крупнейших в мире криогенных аэродинамических труб, в которой азот холоднее, чем -196∘С, но только достигает максимального числа Рейнольдса 50 миллионов на метр. При максимальной длине испытательного участка 9 метров максимально возможное число Рейнольдса составило бы 450 000 000, что все еще меньше, чем у Boeing 747. В этих случаях люди разработали законы масштабирования, чтобы иметь дело с тем, как масштабировать результаты до большего Число Рейнольдса. Масштабирование в первую очередь связано с толщиной пограничного слоя, что также влияет на другие вещи, такие как трение обшивки и, в конечном итоге, на подъем и перетаскивание. В 2003 году в Принстонском университете была проведена специальная конференция для обсуждения этих вопросов. Результатами этой конференции была эта книга: http://link.springer.com/book/10.1007/978-94-007-0997-3