2024/04/12

智能热流体仿真软件AICFD 2024R1新版本功能介绍

AICFD是由天洑软件自主研发的一款通用的智能热流体仿真软件。软件引入AI技术,具备智能问答、智能加速、智能预测等特色功能,解决用户在传统CFD软件中遇到的“网格划分繁、求解设置难、仿真计算慢”等痛点,使设计师和工程师可以专注于业务本身,从而提升产品设计迭代效率。


AICFD的功能和特色

● 交互式前处理:软件利用智能算法建立热流体基础理论与工程应用实践的映射,帮助用户在通俗易懂的交互式问答中完成前处理设置;

● 智能求解加速:软件利用特征识别、时序预测等机器学习算法,实现跳跃式迭代求解,大幅提升仿真效率;

● 智能预测仿真:软件基于历史仿真数据生成AI降阶模型,实现三维流场的秒级预测,让快速设计-仿真-优化迭代和三维场数字孪生成为可能;

● 一体化仿真流程:软件经过多年工程实践打磨,支持“几何、网格、求解、后处理”一体化操作流程,满足汽车、船舶、能源、旋转机械等领域仿真需求;

● 全面的流体和传热求解能力:软件核心求解器具有完整的自主知识产权,求解范围覆盖单相流、共轭传热、多相流、气动噪声、燃烧、多旋转坐标系、热辐射等,求解精度高,计算效率高。


版本更新介绍

AICFD 2024R1在前后处理、求解精度和计算效率方面均有更新和提升,具体包括:

1. 前后处理

01

 “前前处理”模块全新发布

        交互式问答中完成求解设置,确保零基础也可以用好CFD

02

几何网格模块全新升级

       扩大网格类型兼容范围、丰富网格划分工具箱、提升网格处理效率与规模上限

03

后处理模块新增探针、自由切面等功能


2. 求解器

01

AI加速全新升级

       求解范围扩大至各类工业级流动换热复杂案例,并大幅提升加速效率

02

优化多相流VOF算法

       精度与鲁棒性双提升,达到船舶静水阻力行业使用标准

03

优化数值格式

       气动噪声达到汽车行业使用标准

04

优化可压缩算法

       跨声速可压支持航空经典算例

05

支持动态边界条件

       为多物理场联合仿真提供底层支持



1)“前前处理”模块全新发布

传统CFD软件学习成本高,研发人员面对各类繁琐的功能选项和专业术语常常无从下手,大部分时间都浪费在与实际业务毫无关联的概念理解;在缺乏有效指导的前提下,仿真设置过程中错选、漏选成为常态,研发人员不得不付出大量的成本试错。

针对此痛点,AICFD创新性研发“前前处理”模块,利用智能算法将热流体基础理论与工程应用实践建立映射,从工程角度出发拆解复杂的流体问题,用户在通俗易懂的交互式问答中即可轻松完成物理场景定义、湍流模型选择、边界条件设置等操作。

1.前前处理.png

图1  “前前处理”引导用户进行VOF多相流设置


2)几何网格模块全新升级

几何处理与网格划分能力直接影响了通用CFD软件的产品体验,对求解效率、精度及稳定性至关重要。产品设计人员需要一款操作简单、全流程业务闭环的仿真产品,满足快速迭代产品设计的需求。仿真工程师则已有固定的网格划分工具及习惯,要求CFD产品支持大规模、多类型的网格导入和编辑功能,最大程度发挥求解器的能力。

AICFD 2024R1全新升级几何网格模块,支持复杂几何的非结构化网格生成,整个流程人工干预少,生成网格质量高,具体如下:

◆ 丰富网格划分工具箱:全流程支持“几何导入-面网格设置-体网格设置-边界层设置-局部加密-质量检查”的业务闭环,操作高效简洁、功能鲁棒性强;

2.网格划分能力.png

图2  AICFD水泵网格划分案例

支持非共形交界面与多面体网格:软件支持复杂几何模型的非共形网格交界面拼接,求解器通过高精度插值算法保证交界面计算精度;多面体网格则有助于减少网格数量,提高计算精度与效率,在汽车、船舶、热交换器和化工设备仿真中有广泛的应用;

3.多面体非共形交界面.png
图3  AICFD多面体非共形交界面测试案例

◆ 提升网格处理效率与规模上限;

◆ 大幅提升求解前处理效率、优化内存占用与并行分区效率;

◆ 网格处理规模上限提升至10亿单元,支持超大规模工业级案例;

◆ 新增交界面自动匹配功能,大幅减少多域场景的前处理工作量。

4.求解前处理.png

图4  AICFD前处理效率与能力提升


3)AI加速模块全新升级

天洑坚持核心求解器从0到1国产自研,在突破国外技术垄断的同时,也保障了底层算法架构的可拓展性,为人工智能等新技术的应用提供强力支撑。AI加速功能的成功落地便体现了这种后发优势。

AI加速利用特征识别、时序预测等机器学习算法,从历史数据中学习仿真数值求解过程,实现跳跃式迭代求解;在复杂仿真问题中,利用AI模型快速识别系统的时空特性,在矩阵求解和时间推进上加速传统求解器,提高复杂系统的求解效率。

AICFD 2024R1全面升级AI加速模块,在适用范围、易用性、稳定性、精度方面均有大幅提升: 

◆ 适用范围扩大:可适应各类湍流模型、大网格多域并行运算等场景,求解范围扩大至各类工业级流动换热复杂案例;

◆ 易用性与稳定性提升:简化设置操作,用户仅需一键勾选即可获得稳定加速效果,加速预期不少于20~30%;

◆ 精度提升:物理量关键统计值误差不大于5%,空间分布一致性大幅提升。

5.智能加速_new.png

图5  AICFD智能加速案例:简化汽车外气动仿真


4)优化多相流VOF算法

多相流VOF模型可以准确分析船舶航行过程中受到的阻力情况,从而指导船型设计优化,提高船舶的可用性和经济性。

AICFD 2024R1优化多相流VOF算法,精度与鲁棒性双提升;船舶静水阻力仿真计算,KCS、DTC、KVLCC2、JBC等标准船型典型工况仿真值与实验值误差均小于3%,仿真速度比肩国外商软,达到船舶行业使用标准。

6.多相流VOF静水阻力计算.png

图6  AICFD多相流VOF案例:船舶静水阻力计算


5)优化数值格式,提高气动噪声计算精度

风噪作为新能源汽车主要噪音来源之一,对乘员的舒适性和驾驶体验产生显著影响。CFD分析中,关键部位气流的微小变动会对结果产生显著影响,因此需要在超大网格规模下进行高保真度的瞬态计算,以捕捉不同空间与时间尺度的精细湍流结构。整车风噪仿真能力体现了一个CFD软件的综合实力。

AICFD 2024R1针对风噪问题进行数值格式的优化,四千万级别网格的实车风噪仿真速度可比肩国外商软,全频段声压级与实测值接近,达到汽车行业使用标准。

7.整车风噪.png

图7  AICFD数值格式优化:整车风噪计算


6)优化可压缩算法:跨声速可压支持航空经典算例

AICFD 2024R1优化了可压缩求解程序,增加了无反射边界条件。在飞行器跨声速气动分析中,实现了对激波的准确捕捉,并且计算精度、收敛特性、计算鲁棒性均大幅提升,其中计算的DLR F6翼身组合体模型的升、阻力系数与实验偏差分别为1.9%与3.1%,优于国外商软。

8.可压缩.png

图8  AICFD可压缩案例:DLR-F6翼身组合体跨音速流动


7)支持动态边界条件:为多物理场联合仿真提供底层支持

AICFD 2024R1新增动态边界条件,支持静压入口、速度入口、质量流量入口、温度入口、温度壁面的动态输入。结合AI预测功能使用,可以克服一维仿真细节刻画不足及三维场计算效率过低的缺点,为多物理场联合仿真提供底层支持。

9.动态热源.gif

图9  动态边界条件:芯片散热场景


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