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计算速度与计算精度是计算流体力学(CFD)计算中最重要的两个内容。本文着眼于当前高性能计算机的发展趋势,研究了可压缩CFD程序在现代GPU异构平台的高效并行计算方法,并发展了一种新的适用于可压缩流动的高精度数值格式,基于GPU加速的高精度隐式大涡模拟研究了喷口非对称性对超声速平板射流的流动结构与噪声的影响。本文具体内容与结论如下:(1)基于当前高性能计算机的发展趋势及现代GPU异构计算平台的特点,研究了适用于GPU异构计算平台上大规模计算的一般曲线坐标系下的高精度可压缩CFD并行计算方法,并开发了相应的程序。针对复杂多样的现代GPU计算平台的硬件拓扑结构,开发了硬件识别技术,可根据计算负载状况自动优化硬件的分配,包括CPU内存分配优化、CPU与GPU数据传输优化、CPU进程之间通信优化以及GPU进程之间通信优化。针对可压缩CFD程序设计了高效的显存利用策略,发展了“原子化操作”与核函数分解技术,开发了求解可压缩Navier-Stokes方程的GPU高效并行计算方法。性能测试表明基于当前技术方法开发的可压缩CFD程序相比CPU单核最大可实现近2000倍加速效果,并通过实际算例证明了程序的正确性与高效性。(2)将Targeted ENO格式的思想引入AFWENO格式中,发展了新的适用于求解双曲守恒律的高精度数值格式AFTENO格式。AFTENO同时具备TENO格式与AFWENO格式的优点,可对原始变量、守恒变量等进行插值,利用任意单调通量函数构造数值通量,并且可以扩展到3阶至任意阶精度,且没有AFWENO格式的奇数阶精度限制。新格式可以避免基于WENO思想的高阶数值格式中可能存在的全局模板内出现多个间断时数值格式失效的问题。测试结果表明,相比同类AFWENO格式,新格式具有更好的激波捕捉能力和小尺度结构的分辨率。(3)基于高精度隐式大涡模拟研究了喷口非对称性对欠膨胀超声速平板射流流动结构与噪声的影响。研究了喷口上下板长度差与喷口高度比值L//h为0.5与1.0的算例,并与对称喷口的算例作对比。研究表明喷口非对称性可有效抑制激波啸叫强度,最大可降低7.9dB。动力学模态分解(DMD)分析表明,能量最高的模态的频率对应于啸叫主频,并且斜切效应会抑制激波串结构的法向摆动。在对称喷口算例中,当前计算中显示了“激波泄露”现象,为“激波泄露”理论解释激波啸叫产生根源提供了依据。在非对称喷口构型射流中,激波结构与剪切层比对称构型情况更稳定,削弱了激波与剪切层的相互作用,从而抑制了啸叫的产生。