是石科技助力清华LAST实验室发表流体顶级期刊成果

2025年2月，由是石科技郗有成博士、闫博文博士共同参与的重要研究成果《Numerical simulations of attachment-line boundary layer in hypersonic flow. Part 1: Roughness-induced subcritical transitions》（中文标题：高超音速流动中附面层亚临界转捩的数值模拟研究：粗糙元诱导转捩机制）在流体力学领域顶级期刊《Journal of Fluid Mechanics》正式发表。该研究由清华大学与中国航天空气动力技术研究院联合团队合作完成，为高超音速飞行器气动设计与热防护提供了重要理论突破。

该研究通过高精度数值模拟，首次在真实构型中复现钝头后掠体前缘附面层因表面粗糙元触发的完整转捩过程，揭示了粗糙元高度对亚临界转捩的关键影响，填补了高超音速条件下三维附面层转捩机制的认知空白。

《Journal of Fluid Mechanics》（JFM）由剑桥大学教授、流体力学权威乔治·巴切洛于1956年创办，涵盖航空、天体物理、生物学、化学工程、材料科学等多个学科的前沿研究，以其严格的学术标准和创新性要求著称。此次公司深度参与的研究成果在《Journal of Fluid Mechanics》发表，是其在航空航天与计算流体力学领域的又一重要突破。此前，是石科技凭借高分辨率精细模拟仿真技术，成功入围2023年全球超算应用最高奖——戈登·贝尔奖，展现了其在大规模科学计算与工程仿真领域的国际竞争力。

作为国内领先的超算和AI产业服务企业，是石科技以算力网络为基础，以“超智融合，加速AI产业化”为使命，打造标准化、高效能HAI统一计算平台与模型专家服务平台，助力国家科研创新，赋能千行百业智能化升级。公司核心业务涵盖HPC+AI算力统一提供、算力中心建设与运维、异构算力调度优化、HPC+AI for Science交付及行业级AI专家模型服务等多个方面。目前，是石科技的多项产品和服务已经成功应用于人工智能、气候气象、工业仿真、生物信息、航空航天等20多个领域。

自研高精度算法揭示转捩机制，助力科学研究和应用

附面层转捩直接影响飞行器气动性能与热防护设计，但传统研究多基于不可压缩流或无限展长假设，真实高超音速三维流动中粗糙元触发亚临界转捩的物理机制长期不明。现有实验发现转捩雷诺数显著低于线性稳定性理论预测值，却缺乏对应数值验证。本研究通过精细化模拟，首次在真实构型中捕捉到亚临界工况下由粗糙单元诱导的转捩全过程，为突破飞行器临界状态预测难题提供关键理论支撑。

研究团队采用高精度激波装配和捕捉算法，在百亿网格的规模下，对两种不同高度粗糙元（0.1mm/0.2mm）开展对比模拟。利用自主研发的超大规模并行谱分析工具（动力模态分解DMD、谱正交分解SPOD和双谱正交分解 BMD），对多达80TB的瞬时三维流场数据进行了细致分析。

研究发现：

· 低粗糙元需叠加非定常扰动才能触发转捩，粗糙单元诱导的三维流场对上游扰动表现出选择放大效应；

· 高粗糙元可独立诱导转捩，并首次检测到尾迹区存在10.55kHz低频绝对不稳定性，其诱导产生的流向条带结构通过二次失稳直接引发转捩。

实验模型及沿扫掠钝体前缘的温度分布的红外测量。圆点表示压力传感器的位置；红、粉色表示高温区域，而蓝色表示低温区域。

（a）粗糙度高度为0.1 mm时，围绕粗糙单元的网格分布（全分辨率）。(b) 两个截面上的粗糙度形状。

计算过程概述。S-F表示激波装配求解器；S-C表示激波捕捉求解器。

粗糙单元高度为0.1mm工况下的瞬时流场结构。流场中的涡结构采用等值面，颜色表示主流速度w。

粗糙单元高度为0.2mm工况下的瞬时流场结构。等值面，颜色表示主流速度w。

（a）三维SPOD分析给出的谱空间的主导能量模态分布；（b）主导的扰动频率为10kHz的绝对不稳定模态的空间分布。