AICFD是由天洑軟件自主研發(fā)的一款通用的智能熱流體仿真軟件。軟件引入AI技術(shù)，具備智能問答、智能加速、智能預(yù)測等特色功能，解決用戶在傳統(tǒng)CFD軟件中遇到的“網(wǎng)格劃分繁、求解設(shè)置難、仿真計算慢”等痛點，使設(shè)計師和工程師可以專注于業(yè)務(wù)本身，從而提升產(chǎn)品設(shè)計迭代效率。

一、AICFD的功能和特色

● 交互式前處理：軟件利用智能算法建立熱流體基礎(chǔ)理論與工程應(yīng)用實踐的映射，幫助用戶在通俗易懂的交互式問答中完成前處理設(shè)置；

● 智能求解加速：軟件利用特征識別、時序預(yù)測等機器學(xué)習(xí)算法，實現(xiàn)跳躍式迭代求解，大幅提升仿真效率；

● 智能預(yù)測仿真：軟件基于歷史仿真數(shù)據(jù)生成AI降階模型，實現(xiàn)三維流場的秒級預(yù)測，讓快速設(shè)計-仿真-優(yōu)化迭代和三維場數(shù)字孿生成為可能；

● 一體化仿真流程：軟件經(jīng)過多年工程實踐打磨，支持“幾何、網(wǎng)格、求解、后處理”一體化操作流程，滿足汽車、船舶、能源、旋轉(zhuǎn)機械等領(lǐng)域仿真需求；

● 全面的流體和傳熱求解能力：軟件核心求解器具有完整的自主知識產(chǎn)權(quán)，求解范圍覆蓋單相流、共軛傳熱、多相流、氣動噪聲、燃燒、多旋轉(zhuǎn)坐標系、熱輻射等，求解精度高，計算效率高。

二、版本更新介紹

AICFD 2024R1在前后處理、求解精度和計算效率方面均有更新和提升 ，具體包括：

1. 前后處理

01.“前前處理”模塊全新發(fā)布：交互式問答中完成求解設(shè)置，確保零基礎(chǔ)也可以用好CFD；

02.幾何網(wǎng)格模塊全新升級：擴大網(wǎng)格類型兼容范圍、豐富網(wǎng)格劃分工具箱、提升網(wǎng)格處理效率與規(guī)模上限；

03. 后處理模塊新增探針、自由切面等功能。

2. 求解器

01.AI加速全新升級：求解范圍擴大至各類工業(yè)級流動換熱復(fù)雜案例，并大幅提升加速效率；

02.優(yōu)化多相流VOF算法：精度與魯棒性雙提升，達到船舶靜水阻力行業(yè)使用標準；

03.優(yōu)化數(shù)值格式：氣動噪聲達到汽車行業(yè)使用標準；

04.優(yōu)化可壓縮算法：跨聲速可壓支持航空經(jīng)典算例；

05.支持動態(tài)邊界條件：為多物理場聯(lián)合仿真提供底層支持。

1）“前前處理”模塊全新發(fā)布

傳統(tǒng)CFD軟件學(xué)習(xí)成本高，研發(fā)人員面對各類繁瑣的功能選項和專業(yè)術(shù)語常常無從下手，大部分時間都浪費在與實際業(yè)務(wù)毫無關(guān)聯(lián)的概念理解；在缺乏有效指導(dǎo)的前提下，仿真設(shè)置過程中錯選、漏選成為常態(tài)，研發(fā)人員不得不付出大量的成本試錯。

針對此痛點，AICFD創(chuàng)新性研發(fā)“前前處理”模塊，利用智能算法將熱流體基礎(chǔ)理論與工程應(yīng)用實踐建立映射，從工程角度出發(fā)拆解復(fù)雜的流體問題，用戶在通俗易懂的交互式問答中即可輕松完成物理場景定義、湍流模型選擇、邊界條件設(shè)置等操作。

圖1 “前前處理”引導(dǎo)用戶進行VOF多相流設(shè)置

2）幾何網(wǎng)格模塊全新升級

幾何處理與網(wǎng)格劃分能力直接影響了通用CFD軟件的產(chǎn)品體驗，對求解效率、精度及穩(wěn)定性至關(guān)重要。產(chǎn)品設(shè)計人員需要一款操作簡單、全流程業(yè)務(wù)閉環(huán)的仿真產(chǎn)品，滿足快速迭代產(chǎn)品設(shè)計的需求。仿真工程師則已有固定的網(wǎng)格劃分工具及習(xí)慣，要求CFD產(chǎn)品支持大規(guī)模、多類型的網(wǎng)格導(dǎo)入和編輯功能，最大程度發(fā)揮求解器的能力。

AICFD 2024R1全新升級幾何網(wǎng)格模塊，支持復(fù)雜幾何的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成，整個流程人工干預(yù)少，生成網(wǎng)格質(zhì)量高，具體如下：

◆ 豐富網(wǎng)格劃分工具箱：全流程支持“幾何導(dǎo)入-面網(wǎng)格設(shè)置-體網(wǎng)格設(shè)置-邊界層設(shè)置-局部加密-質(zhì)量檢查”的業(yè)務(wù)閉環(huán)，操作高效簡潔、功能魯棒性強；

圖2 AICFD水泵網(wǎng)格劃分案例

◆ 支持非共形交界面與多面體網(wǎng)格：軟件支持復(fù)雜幾何模型的非共形網(wǎng)格交界面拼接，求解器通過高精度插值算法保證交界面計算精度；多面體網(wǎng)格則有助于減少網(wǎng)格數(shù)量，提高計算精度與效率，在汽車、船舶、熱交換器和化工設(shè)備仿真中有廣泛的應(yīng)用；

圖3 AICFD多面體非共形交界面測試案例

◆ 提升網(wǎng)格處理效率與規(guī)模上限；

◆ 大幅提升求解前處理效率、優(yōu)化內(nèi)存占用與并行分區(qū)效率；

◆ 網(wǎng)格處理規(guī)模上限提升至10億單元，支持超大規(guī)模工業(yè)級案例；

◆ 新增交界面自動匹配功能，大幅減少多域場景的前處理工作量。

圖4 AICFD前處理效率與能力提升

3）AI加速模塊全新升級

天洑堅持核心求解器從0到1國產(chǎn)自研，在突破國外技術(shù)壟斷的同時，也保障了底層算法架構(gòu)的可拓展性，為人工智能等新技術(shù)的應(yīng)用提供強力支撐。AI加速功能的成功落地便體現(xiàn)了這種后發(fā)優(yōu)勢。

AI加速利用特征識別、時序預(yù)測等機器學(xué)習(xí)算法，從歷史數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)仿真數(shù)值求解過程，實現(xiàn)跳躍式迭代求解；在復(fù)雜仿真問題中，利用AI模型快速識別系統(tǒng)的時空特性，在矩陣求解和時間推進上加速傳統(tǒng)求解器，提高復(fù)雜系統(tǒng)的求解效率。

AICFD 2024R1全面升級AI加速模塊，在適用范圍、易用性、穩(wěn)定性、精度方面均有大幅提升：

◆ 適用范圍擴大：可適應(yīng)各類湍流模型、大網(wǎng)格多域并行運算等場景，求解范圍擴大至各類工業(yè)級流動換熱復(fù)雜案例；

◆ 易用性與穩(wěn)定性提升：簡化設(shè)置操作，用戶僅需一鍵勾選即可獲得穩(wěn)定加速效果，加速預(yù)期不少于20~30%；

◆ 精度提升：物理量關(guān)鍵統(tǒng)計值誤差不大于5%，空間分布一致性大幅提升。

圖5 AICFD智能加速案例：簡化汽車外氣動仿真

4）優(yōu)化多相流VOF算法

多相流VOF模型可以準確分析船舶航行過程中受到的阻力情況，從而指導(dǎo)船型設(shè)計優(yōu)化，提高船舶的可用性和經(jīng)濟性。

AICFD 2024R1優(yōu)化多相流VOF算法，精度與魯棒性雙提升；船舶靜水阻力仿真計算，KCS、DTC、KVLCC2、JBC等標準船型典型工況仿真值與實驗值誤差均小于3%，仿真速度比肩國外商軟，達到船舶行業(yè)使用標準。

圖6 AICFD多相流VOF案例：船舶靜水阻力計算

5）優(yōu)化數(shù)值格式，提高氣動噪聲計算精度

風(fēng)噪作為新能源汽車主要噪音來源之一，對乘員的舒適性和駕駛體驗產(chǎn)生顯著影響。CFD分析中，關(guān)鍵部位氣流的微小變動會對結(jié)果產(chǎn)生顯著影響，因此需要在超大網(wǎng)格規(guī)模下進行高保真度的瞬態(tài)計算，以捕捉不同空間與時間尺度的精細湍流結(jié)構(gòu)。整車風(fēng)噪仿真能力體現(xiàn)了一個CFD軟件的綜合實力。

AICFD 2024R1針對風(fēng)噪問題進行數(shù)值格式的優(yōu)化，四千萬級別網(wǎng)格的實車風(fēng)噪仿真速度可比肩國外商軟，全頻段聲壓級與實測值接近，達到汽車行業(yè)使用標準。

圖7 AICFD數(shù)值格式優(yōu)化：整車風(fēng)噪計算

6）優(yōu)化可壓縮算法：跨聲速可壓支持航空經(jīng)典算例

AICFD 2024R1優(yōu)化了可壓縮求解程序，增加了無反射邊界條件。在飛行器跨聲速氣動分析中，實現(xiàn)了對激波的準確捕捉，并且計算精度、收斂特性、計算魯棒性均大幅提升，其中計算的DLR F6翼身組合體模型的升、阻力系數(shù)與實驗偏差分別為1.9%與3.1%，優(yōu)于國外商軟。

圖8 AICFD可壓縮案例：DLR-F6翼身組合體跨音速流動

7）支持動態(tài)邊界條件：為多物理場聯(lián)合仿真提供底層支持

AICFD 2024R1新增動態(tài)邊界條件，支持靜壓入口、速度入口、質(zhì)量流量入口、溫度入口、溫度壁面的動態(tài)輸入。結(jié)合AI預(yù)測功能使用，可以克服一維仿真細節(jié)刻畫不足及三維場計算效率過低的缺點，為多物理場聯(lián)合仿真提供底層支持。

圖9 動態(tài)邊界條件：芯片散熱場景

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