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(wèn)答、智能加速、智能預(yù)測(cè)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(jì)算慢”等痛點(diǎn)，使設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)踐的映射，幫助用戶在通俗易懂的交互式問(wèn)答中完成前處理設(shè)置；

● 智能求解加速：軟件利用特征識(shí)別、時(shí)序預(yù)測(cè)等機(jī)器學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)跳躍式迭代求解，大幅提升仿真效率；

● 智能預(yù)測(cè)仿真：軟件基于歷史仿真數(shù)據(jù)生成AI降階模型，實(shí)現(xiàn)三維流場(chǎng)的秒級(jí)預(yù)測(cè)，讓快速設(shè)計(jì)-仿真-優(yōu)化迭代和三維場(chǎng)數(shù)字孿生成為可能；

● 一體化仿真流程：軟件經(jīng)過(guò)多年工程實(shí)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(jī)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(shí)產(chǎn)權(quán)，求解范圍覆蓋單相流、共軛傳熱、多相流、氣動(dòng)噪聲、燃燒、多旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系、熱輻射等，求解精度高，計(jì)算效率高。

二、版本更新介紹

AICFD 2024R1在前后處理、求解精度和計(jì)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(wèn)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(jí)：擴(kuò)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(jí)：求解范圍擴(kuò)大至各類工業(yè)級(jí)流動(dòng)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(dá)到船舶靜水阻力行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)；

03.優(yōu)化數(shù)值格式：氣動(dòng)噪聲達(dá)到汽車行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)；

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(dòng)態(tài)邊界條件：為多物理場(chǎng)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(duì)各類繁瑣的功能選項(xiàng)和專業(yè)術(shù)語(yǔ)常常無(wú)從下手，大部分時(shí)間都浪費(fèi)在與實(shí)際業(yè)務(wù)毫無(wú)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(guò)程中錯(cuò)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(cuò)。

針對(duì)此痛點(diǎn)，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(shí)踐建立映射，從工程角度出發(fā)拆解復(fù)雜的流體問(wèn)題，用戶在通俗易懂的交互式問(wèn)答中即可輕松完成物理場(chǎng)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(jìn)行VOF多相流設(shè)置

2）幾何網(wǎng)格模塊全新升級(jí)

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(yàn)，對(duì)求解效率、精度及穩(wěn)定性至關(guān)重要。產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員需要一款操作簡(jiǎn)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(jì)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(jí)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(gè)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(jiǎn)潔、功能魯棒性強(qiáng)；

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(guò)高精度插值算法保證交界面計(jì)算精度；多面體網(wǎng)格則有助于減少網(wǎng)格數(shù)量，提高計(jì)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(cè)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(jí)案例；

◆ 新增交界面自動(dòng)匹配功能，大幅減少多域場(chǎng)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(jí)

天洑堅(jiān)持核心求解器從0到1國(guó)產(chǎn)自研，在突破國(guó)外技術(shù)壟斷的同時(shí)，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(qiáng)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(shì)。

AI加速利用特征識(shí)別、時(shí)序預(yù)測(cè)等機(jī)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(guò)程，實(shí)現(xiàn)跳躍式迭代求解；在復(fù)雜仿真問(wèn)題中，利用AI模型快速識(shí)別系統(tǒng)的時(shí)空特性，在矩陣求解和時(shí)間推進(jìn)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(jí)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(kuò)大：可適應(yīng)各類湍流模型、大網(wǎng)格多域并行運(yùn)算等場(chǎng)景，求解范圍擴(kuò)大至各類工業(yè)級(jí)流動(dòng)換熱復(fù)雜案例；

◆ 易用性與穩(wěn)定性提升：簡(jiǎn)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(jì)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(jiǎn)化汽車外氣動(dòng)仿真

4）優(yōu)化多相流VOF算法

多相流VOF模型可以準(zhǔn)確分析船舶航行過(guò)程中受到的阻力情況，從而指導(dǎo)船型設(shè)計(jì)優(yōu)化，提高船舶的可用性和經(jīng)濟(jì)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(jì)算，KCS、DTC、KVLCC2、JBC等標(biāo)準(zhǔn)船型典型工況仿真值與實(shí)驗(yàn)值誤差均小于3%，仿真速度比肩國(guó)外商軟，達(dá)到船舶行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)。

圖6 AICFD多相流VOF案例：船舶靜水阻力計(jì)算

5）優(yōu)化數(shù)值格式，提高氣動(dòng)噪聲計(jì)算精度

風(fēng)噪作為新能源汽車主要噪音來(lái)源之一，對(duì)乘員的舒適性和駕駛體驗(yàn)產(chǎn)生顯著影響。CFD分析中，關(guān)鍵部位氣流的微小變動(dòng)會(huì)對(duì)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(jìn)行高保真度的瞬態(tài)計(jì)算，以捕捉不同空間與時(shí)間尺度的精細(xì)湍流結(jié)構(gòu)。整車風(fēng)噪仿真能力體現(xiàn)了一個(gè)CFD軟件的綜合實(shí)力。

AICFD 2024R1針對(duì)風(fēng)噪問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值格式的優(yōu)化，四千萬(wàn)級(jí)別網(wǎng)格的實(shí)車風(fēng)噪仿真速度可比肩國(guó)外商軟，全頻段聲壓級(jí)與實(shí)測(cè)值接近，達(dá)到汽車行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)。

圖7 AICFD數(shù)值格式優(yōu)化：整車風(fēng)噪計(jì)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(wú)反射邊界條件。在飛行器跨聲速氣動(dòng)分析中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)激波的準(zhǔn)確捕捉，并且計(jì)算精度、收斂特性、計(jì)算魯棒性均大幅提升，其中計(jì)算的DLR F6翼身組合體模型的升、阻力系數(shù)與實(shí)驗(yàn)偏差分別為1.9%與3.1%，優(yōu)于國(guó)外商軟。

圖8 AICFD可壓縮案例：DLR-F6翼身組合體跨音速流動(dòng)

7）支持動(dòng)態(tài)邊界條件：為多物理場(chǎng)聯(lián)合仿真提供底層支持

AICFD 2024R1新增動(dòng)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(dòng)態(tài)輸入。結(jié)合AI預(yù)測(cè)功能使用，可以克服一維仿真細(xì)節(jié)刻畫不足及三維場(chǎng)計(jì)算效率過(guò)低的缺點(diǎn)，為多物理場(chǎng)聯(lián)合仿真提供底層支持。

圖9 動(dòng)態(tài)邊界條件：芯片散熱場(chǎng)景

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