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一生死磕CFD的Brian Spalding,SIMPLE算法开创者,现代CFD创始人

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Brian Spalding,(1923年1月9日至2016年11月27日),曾任伦敦帝国理工学院传热学教授及计算流体动力学单元的负责人。他是计算流体动力学的创始人之一,并且在热传递、流体力学和燃烧领域是国际公认的贡献者。他创立了CFD的实践——将其应用于工程师感兴趣的问题。当今大多数商业上可用的CFD软件工具都可以追溯到Brian Spalding小组在60年代中期到70年代中期这十年间的工作。Brian Spalding成为了皇家学会和皇家工程院的会员。

图:2014年,从左到右,Dr Rodney Eastwood, Emeritus Professor Brian Spalding和Mr Rajive Kaul


生平


   

Brian Spalding出生于英格兰萨里郡的纽马尔登,在温布尔登的国王学院学校接受教育。他于1944年从牛津大学获得工程科学学士学位,并于1952年从剑桥大学获得博士学位。1954年,他作为传热学讲师加入了帝国理工学院机械工程系。虽然35岁的Spalding在当时已经展示出了自己的才华,不过当时的人们可能无法想象,在接下来三十多年的时光里,Spalding会在帝国理工学院创建影响全球的CFD团队。Spalding在帝国理工学院工作一直待到1988年退休为止,在最顶峰的1970年代,Spalding的团队拥有超过30位的科研人员,其中很多人都在后来成为CFD行业的大佬。    

1958年晋升为传热学教授后,他发表了题为“火箭发动机中的热传递”的就职演讲。他是Concentration Heat And Momentum Limited(CHAM)公司的创始人,该公司专注于计算流体动力学和热传递过程。CHAM的主要产品是广泛使用的PHOENICS CFD代码。Brian Spalding本人是PHOENICS的主要创造者和贡献者。

他和他的学生Suhas Patankar一起开发了SIMPLE算法,这是一种广泛使用的数值程序,用于解决Navier-Stokes方程。

在70年代末和80年代初,Brian Spalding是普渡大学的Reilly燃烧工程教授。

尽管年过九旬,Brian Spalding仍继续在他的领域活跃,并在俄罗斯的一个国际会议上生病。他返回英国时去世。    

          

重要的贡献


   

1.CFD的开创性工作:Brian Spalding教授在20世纪60年代的早期工作为现代CFD奠定了基础。他开发了解决复杂流体动力学问题的数值方法,包括已成为CFD中广泛使用的SiMPLE(半隐式压力相关方程方法)算法。而为了实现真正的工程化,简化和假设则不可避免,Spalding大胆的认为工程上大部分的流动都可以处理成定常不可压缩流动。而Spalding和他的团队更进一步的为现代CFD搭建了三块最重要的基石,也就是我们今天耳熟能详的:离散格式、数值方法以及湍流模型。    

2.商业CFD软件开发:Brian Spalding教授共同创立了CHAM公司(Concentration, Heat, And Momentum Limited),该公司开发了商业CFD软件包,包括在各个行业中使用的PHOENICS(Parabolic, Hyperbolic Or Elliptic Numerical Integration Code Series)。

湍流研究的贡献:Brian Spalding教授开发了模拟和分析湍流的方法,包括CFD中广泛使用的k-epsilon模型。

3.将CFD应用于工业问题:Brian Spalding教授在开发CFD和热传递分析方法方面的工作,导致了它们在航空航天、汽车和化学工程等各种工业中的广泛应用。他的贡献使工程师能够改进复杂系统的设计,降低成本并提高安全性。

4.热传递研究:Brian Spalding教授在热传递领域做出了重大贡献,特别是在开发用于分析复杂系统中的热传递的数值方法,例如锅炉和换热器。    

5.燃烧研究:Brian Spalding教授在燃烧研究方面做出了重大贡献,包括开发数值方法和燃烧模型,研究火焰动力学,以及将CFD应用于燃烧系统。他研究了火焰动力学,特别是与湍流效应的关系。他的工作帮助我们更好地理解了湍流如何影响火焰传播和稳定性。他开发了几种燃烧模型,包括涡流破碎模型和层流火焰模型。这些模型已在CFD模拟燃烧系统中得到广泛应用。

          

更多信息


   

1.统一理论。在他的著作《对流质量传递》中,Brian Spalding教授旨在将热传递和质量传递领域整合起来,通过在一个统一框架内同时考虑热量和质量传递,包括蒸发、磨蚀和燃烧等现象。Brian Spalding教授在其职业生涯中的研究主题是流动、热传递和质量传输的统一。他面临的挑战是创建一个单一的计算方法,用于处理湍流剪切层,包括在压力梯度和质量传递存在下的边界层、射流、尾迹、壁射流和管道流动。这一努力导致了统一理论的发展,这对CFD领域产生了重大影响。    

2.SIMPLE算法。Patankar和Spalding的论文描述了半隐式压力相关方程方法(SIMPLE),它已成为解决流体流动问题的广泛使用的数值方法。该方法涉及通过在跨流平面上使用恒定的dp/dx值来解决流线方向动量方程,计算流线方向速度分量。然后通过解决横向动量方程和连续性方程来计算横向速度分量和横向压力变化。这种方法已被证明在解决一系列流动问题方面是有效的,并已在各种商业CFD软件包中实现。该方法迅速获得普及,并在全球范围内得到广泛使用。研究人员随后开发了该方法的改进变体,包括SIMPLEC、SIMPLER和SIMPLEsT,这些变体加强了速度和压力之间的耦合,并提供了更稳健的算法和更快的收敛性。这些进步使该方法在解决复杂流体流动问题方面更加广泛和有效。    

3.PHOENIcs代码。Parabolic, Hyperbolic Or Elliptic Numerical Integration Code Series,即PHOENICS的开发,产生了一个实用的CFD软件,帮助创建了整个行业,并在以前不存在的地方创造了就业和财富。




来源:CFD饭圈
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首次发布时间:2024-09-08
最近编辑:1月前
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