幾個CFD大牛的前半生

2017-07-30 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

有限體積法提出者——Jameson

Jameson是當(dāng)今CFD屆的超級大牛。Jameson是個英國人,出生在軍人世家。從小隨老爹駐守印度。于是長大了也抗起槍到海外保衛(wèi)日不落帝國,軍銜是Second Lieutenant。無奈“日不落”已落,皇家陸軍已經(jīng)不需要他了。大概有什么立功表現(xiàn)吧,退役后就直接進了劍橋大學(xué),在那里拿到博士學(xué)位。

輾轉(zhuǎn)間,Jameson從英國來到了美國,從工廠又到了學(xué)校,而后成了Princeton的教授。在那里提出了著名的中心差分格式和有限體積法。就是在這里,發(fā)表了他那篇著名的中心差分離散的有限體積法。

中心差分格式,大家都知道,是二階,但是穩(wěn)定范圍特別小,Pe不能超過2,于是就得加人工粘性(一聽這名字,數(shù)學(xué)家就倔嘴巴,不科學(xué)嘛),這是大學(xué)生都知道的事,怎么加就是學(xué)問了。Jameson用二階項做背景粘性,用四階項抑制激波振蕩(也虧他想得出來),配合他提出的有限體積法,獲得了極大的成功,很快風(fēng)靡世界,工程界幾乎無一例外在使用他的方法,原因很簡單,他的方法樂百氏,而且又有相當(dāng)精度。從此大行于市,坐上了P大的航空系系主任,也確立了CFD界第一大牛人的地位。

Jameson發(fā)文章有個特點,喜歡發(fā)在小會議上或者爛雜志上,反正是SCI檢索不到地方。包括后來關(guān)于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,多重網(wǎng)格等等經(jīng)典的開創(chuàng)性文章,都是這樣。(如果按照清華的唯SCI論的評判標(biāo)準(zhǔn),我估計在清華最多只能給他評一個副教授當(dāng)當(dāng)。)

牛牛的人總是遭人忌妒,哪里都這樣。看著Jameson的有限體積方法這么受歡迎,有些人就紅眼了。于是說,有限體積方法不錯,可惜只適合于定常問題計算,非定常計算就不怎么樣嘛。Jameson那里能容忍別人對他的得意之做胡說。于是,靈機一動,想出了一個雙時間尺度的方法,引進一個非物理時間,把非定常問題變成了一個定常問題計算,還真好使,又風(fēng)靡世界,從此天下太平。

97年,Jameson年齡到了,就從P大退休了,結(jié)果又被聘請到Stanford大學(xué)當(dāng)Thomas V. Jones Professor搞起了湍流來。前不久我導(dǎo)師見他回來,對我們邊搖頭邊說,“幾年不見,老得快不行了”,言下之意,我們?nèi)绻攵嗷顜啄?不要去搞什么湍流。

RNG湍流模型提出者——Orszag

Steven A. Orszag是一個天才級別的人物啦。在直接數(shù)值模擬,譜方法,湍流模型等等許多方面都有開創(chuàng)性的貢獻。天才嘛,總是有缺陷的,不是生活不能自理,就是不懂得處理人際關(guān)系。前者還好辦,只是lp不舒服,后者嘛,讓同事和同行不舒服,可麻煩就大了。不幸的是,Orszag屬于后者。對于他的恃才傲物,有人早就恨得牙根癢癢,報復(fù)的機會終于來了。

三十年前,湍流模型的先驅(qū)們,是通過數(shù)值試驗,再連懵帶猜的確定下了雙方程湍流模型的參數(shù)。20年前,Orszag突發(fā)奇想,能否用RNG(重整化群理論)從理論上推導(dǎo)這些參數(shù)呢?RNG理論在相變上取得了很大的成功,發(fā)明者也在81年獲得了Nobel獎。牛人就是牛人很快居然真從理論上推出了這些參數(shù)。

這下湍流模型界可炸開了鍋,這豈不是要砸掉很多人的飯碗?這不等于說那些老家伙幾十年前的工作一錢不值么?這幫大學(xué)霸可不是省油的燈。環(huán)顧地球之大,Orszag居然找不到一本雜志愿意接受他這篇文章。Orszag這個郁悶呀,這個生氣呀,好歹庵也是絕代高手嘛,昨這么不給面子呢?他一氣之下干脆自己扛桿旗,辦份雜志,自己當(dāng)主編,自己出版,看誰說閑話。

1986年,《Journal of Scientific Computing》終于開張了。第一篇文章就是“Renormalization Group nalysis of Turbulence: I Basic Theory”。這篇文章很快獲得了大家的廣泛認(rèn)同。

但是對RNG的攻擊并沒有到此為止。偶看到最搞笑的是一個牛牛(不想提他的名字了)在AIAA J. 上的一篇文章。當(dāng)然是吹自己的模型計算比標(biāo)準(zhǔn)雙方程模型多么多么的好。都已經(jīng)比較結(jié)束了,他還覺得不過癮,話鋒一轉(zhuǎn),把RNG模型胡算一把,然后一桶狂批,還煞有介事的分析為啥算不好。其實我倒覺得,既然RNG能夠從理論上推導(dǎo)出他們當(dāng)年胡亂搞出來的參數(shù),不正是對他們工作的證明么?能夠從完全黑暗的世界尋找到這些參數(shù),這除了天才,還能說什么呢?

迎風(fēng)類型格式的開山鼻祖——Godunov

Godunov大家都曉得吧,迎風(fēng)類型格式的開山鼻祖。二十世紀(jì)CFD的數(shù)值方法基本上是沿著他老人家開創(chuàng)的Godunov類型格式的方向發(fā)展。連如今大佬級的Roe,van Leer都要發(fā)文章pmp,畢竟他們都是靠著老大發(fā)家的嘛。他坐上老大寶座的屠龍刀 - Godunov格式,實際上是1954年他25歲時候的博士論文。老板上課時候曾經(jīng)講,當(dāng)時不知道為啥他得罪了蘇維埃政府要砍他的頭,于是他一著急,弄出了這把屠龍寶刀,揀回了小命(不過這個傳聞,我沒有找到相關(guān)的文獻得以證實,好在我相信我老板讀的書比我多,二來嘛本來就是八卦系列也無所謂了)。

我現(xiàn)在就來講講有根有據(jù)的東西,老大是怎么弄出這把屠龍刀的。1954年春天,蘇聯(lián)的第一臺電子計算機“Strela”就將送到老大當(dāng)時所在的單位Keldish Institute of athematics,上級要求他們弄幾個格式來算一算。當(dāng)時一個叫Zhukov的人就弄出了一個東西。這家伙也算是個牛人了,弄出來的這個東西,同1年后 P.D Lax的CFD奠基性名著中提出的東西是完全一樣的。可惜呢,這家伙數(shù)學(xué)不好,他是連蒙帶猜弄出來的,尤其是為了自圓其說的那幾個假設(shè),現(xiàn)在回過頭來看根本就是錯誤的,是推不出這個結(jié)果的。

當(dāng)時為了彌合這個問題,就請來了Godunov看能不能解決這個問題。結(jié)果一發(fā)不可收拾,居然就借此搞出了Godunov格式。后來老大回憶到,幸好當(dāng)時他沒有看到Lax的文章,要是看了,壓根就不會有Godunov格式了。(If I would have read Lax’s paper a year earlier, “Godunov’s Scheme” would never have been created.)

這么重大的貢獻得發(fā)文章讓大家都曉得才行呀。老大于是一畢業(yè)就四處投雜志,他先投了一家叫Applied Mathematics and Mechanics的雜志,雜志居然把他拒了,理由是,老大的工作是一個純粹的數(shù)學(xué)工作,沒有做任何關(guān)于力學(xué)的研究。老大一想也對,他本來就是數(shù)學(xué)家嘛,于是他改投一個純數(shù)學(xué)的雜志,誰知道,沒過多久,又被退稿了,這次的理由是,老大的工作是一個純力學(xué)的研究,沒有任何關(guān)于數(shù)學(xué)的內(nèi)容。老大當(dāng)場暈倒。

后來老大又投了幾家還是不中,這下沒有辦法了,老大只好找后門,托他的老板Petrovskii了,正好老板是Mathematicheskii Sbornik雜志的編輯,終于在1959年,畢業(yè)四年后這篇文章發(fā)表在了這個雜志。

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