TF-CFlow
基于结构化网格开展可压缩气体流动模拟
与气动特性分析的计算流体力学软件
TF-CFlow 简介
TF-CFlow是一款基于结构化网格开展可压缩气体流动模拟与气动特性分析的计算流体力学软件，搭载以有限体积与有限差分混合算法为核心的密度基求解器，凭借自主研发的快速重叠网格装配技术、丰富的湍流模型、多样的数值方法与动网格技术以及高效并行计算，可实现不同结构化网格类型、复杂几何构型、跨速域、多流动类型、涉及运动属性等多种条件的流场仿真与气动分析（内/外流、旋转机械），准确刻画可压缩湍流、超音速流动、激波与边界层相互作用、边界层分离等复杂物理过程。
TF-CFlow软件可应用于航空、航天、机械、动力、先进装备等行业，能够有效解决工程应用中流动、传热、气动性能预测等问题。同时，友好的用户界面搭配后处理可视化引擎和数据后处理功能，支持用户在Windows、Linux等多平台上针对流体动力学工程案例实现计算—展示—分析—报告输出的一体化仿真流程。
功能亮点
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多类型宽速域流动仿真
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特有的动态重叠网格
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灵活多样的数值方法与动网格技术
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叶轮机械流体仿真
多类型宽速域流动仿真
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翼型及飞行器外部绕流
采用RANS+DDES湍流方法，实现三段翼外部绕流的亚声速非定常精细化仿真。通过后处理功能构建涡量等值面，展示了湍流结构的涡结构变化发展过程。
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管道内部流动
以S弯进气道为例，根据不同的出入口边界条件，实现管道内部的定常流动仿真。通过后处理功能构建马赫数的切平面，展示了流场中不同位置的马赫数变化。
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叶轮机械流体仿真
采用RANS+SA湍流模型，根据不同的出入口边界条件，结合混合面方法，实现1.5级轴流压气机内部流动的定常仿真。通过后处理功能展示了叶片和轮毂表面上的网格与压强分布变化。
特有的动态重叠网格
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重叠网格组装模块
根据壁网格非洞标记法、自适应洞映射法等多种传统洞切割方法的优缺点，提出一种混合洞切割方法。采用隐式装配方法以及MPI并行技术并结合前端界面，开发出一套操作简单、高效快速的参数化控制的网格装配系统。
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刚体运动的重叠网格组装
在采用Lua脚本控制刚体运动轨迹的模式下，装配系统可以自动完成动态重叠网格装配，实现非定常条件下的网格运动过程，有效配合非定常流动数值模拟。
灵活多样的数值方法与动网格技术
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几何多重网格加速技术
几何多重网格通过不同网格尺度的结果插值迭代实现误差衰减，以此加速密网格的收敛过程，收敛效率可提高数倍甚至十几倍。
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旋转坐标系
采用旋转坐标系方法可有效开展叶轮机械旋转运动的定常流动模拟。
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刚体动网格
通过Lua脚本控制刚体运动，动态装配重叠网格，对具有任意相对运动的问题实施非定常计算。
叶轮机械流体仿真
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叶轮机械流体仿真
针对叶轮机械领域，专门提供了一项模拟旋转机械流体运动的仿真模块。可实现轴向/径向的压气机/涡轮的定常/非定常流动的数值模拟，并能准确预测叶轮机械的性能数据，为叶轮机械的优化设计提供有效的技术支撑。
典型应用
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M6翼型流场仿真
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飞行器DLR-F6组合体构型流场仿真
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HL-CRM高升力构型流场仿真
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1.5级轴流压气机气动仿真
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GE-E3两级涡轮气动仿真
M6翼型流场仿真
M6机翼是1972年由ONERA（法国国家航空航天研究院）空气动力学部门设计的一种无几何扭曲的后掠机翼，在跨声速环境中其表面绕流呈现出诸如局部超音速流动、激波、边界层分离等复杂的流动状态，具备三维可压缩流动的典型特征，被大量论文和CFD软件选为验证CFD算法的标准算例。
TF-CFlow软件采用RANS+SA湍流模型和Roe通量格式及多重网格并行技术，开展了马赫数0.84，雷诺数1.172E7，攻角3.06度的定常流场计算。计算收敛后翼型表面的流场结构符合物理情况，翼型表面展向截面处的压力变化与实验值完全吻合。
翼型表面压力分布
残差收敛曲线
展向截面压力系数变化
展向截面压力系数变化
飞行器DLR-F6组合体构型流场仿真
DLR-F6组合体模型是第二届阻力预测会议中以跨音速运输飞机DLR-F6为原型，提出的一种翼身组合带吊舱构型，研究准确预测气动力的技术能力。TF-CFlow软件采用RANS+SST湍流模型和Roe通量格式及多重网格并行技术，开展了马赫数0.75，雷诺数3.0E6，攻角1.003度等工况条件下的定常流场计算。结果显示机翼表面的压力分布与试验值基本吻合。
表面压力分布
多块结构化网格
展向截面压力系数变化
展向截面压力系数变化
HL-CRM高升力构型流场仿真
HL-CRM高升力构型是第三届高升力构型预测会议由NASA提供的一种标模，该构型是翼身组合体布局，机翼采用三段构型。TF-CFlow软件采用RANS+SST湍流模型和Roe通量格式及多重网格并行技术，开展了马赫数0.2，雷诺数3.26E6，攻角16度等工况条件下的定常流场计算，其中网格量达6500万。结果显示在如此大规模网格量的条件下TF-CFlow软件是稳定可靠的，并且机翼表面的压力分布与试验值基本吻合。
表面压力分布
多块结构化网格
展向截面压力系数变化
展向截面压力系数变化
1.5级轴流压气机气动仿真
1.5级轴流压气机是某三级轴流式压气机的一部分，亚琛工业大学喷气推进和涡轮机械研究所曾完成相关试验。TF-CFlow软件采用RANS+SA湍流模型和Roe通量格式及多重网格技术，开展了入口总压1.0atm，入口总温288K，转子转速15000rpm等工况条件下的定常流场计算，其中动静交界面采用混合平面法。结果显示性能参数与参考值基本一致，其中效率最大误差在3%以内。
轮毂和叶片的压强云图分布
50%等高面的相对马赫数云图分布
流量-总压比性能变化曲线
流量-等熵效率性能变化曲线
GE-E3两级涡轮气动仿真
GE-E3涡轮是GE公司针对NASA的高效节能发动机计划设计开发的一种两级高压涡轮部件。TF-CFlow软件采用RANS+SA湍流模型和Roe通量格式及多重网格技术，开展了入口总压344740Pa，入口总温709K，转子转速8283rpm等工况条件下的定常流场计算，其中动静交界面采用混合平面法。结果显示性能参数与参考值基本一致，其中效率误差在2%以内。
轮毂和叶片的压强云图分布
50%等高面的相对马赫数云图分布
落压比-流量性能变化曲线
落压比-等熵效率 性能变化曲线
