車(chē)輛涉水CFD分析其實(shí)就是一個(gè)自由液面+運(yùn)動(dòng)物體的仿真。傳統(tǒng)的NS方程的求解器采用VOF兩相流模型+動(dòng)網(wǎng)格模擬此現(xiàn)象，理論上也是可行的。但是整車(chē)模型包含很多細(xì)節(jié)，前處理比較麻煩，而且計(jì)算效率不能讓人滿意。

SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）光滑粒子法將流體和固體區(qū)域都離散為粒子，在拉格朗日坐標(biāo)系下求解NS方程，瞬態(tài)計(jì)算在每個(gè)時(shí)刻更新粒子的位置，自然捕捉到液位的變化，無(wú)須求解額外的 VOF輸運(yùn)方程。同時(shí)結(jié)合GPU高性能計(jì)算，可以輕松的分析此類(lèi)問(wèn)題。

如果你只有筆記本或入門(mén)級(jí)的臺(tái)式機(jī)GPU顯卡，那只能計(jì)算個(gè)小模型了，例如單個(gè)輪胎的涉水。

但是，如果你有Nvidia A100/V100/RTX8000這類(lèi)高端顯卡，那么就可以計(jì)算高保真度的整車(chē)涉水模型。

此示例模型為Altair CX1概念車(chē)

隱藏車(chē)身，三維流線可以清晰顯示出雨水在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的流動(dòng)軌跡（時(shí)間平均流線）。

固體表面的染色顯示，直觀查看雨水浸泡表面。

設(shè)計(jì)變動(dòng)，對(duì)比不同的底護(hù)板方案：

通常，整車(chē)模型在前處理 SimLab 中只要檢查一下泄露（相鄰部件可以穿透，甚至允許有小的間隙），即可生成粒子，整個(gè)前處理只要1小時(shí)。此模型采用8塊V100顯卡計(jì)算18小時(shí)（物理時(shí)間5秒）。

Altair CX1模型包含了底盤(pán)件（圖1），還有發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的復(fù)雜裝配體（圖2）。

圖1

圖2

在v2021.2版本，前處理 SimLab 可以方便的創(chuàng)建水渠，模擬車(chē)輛下坡→涉水→上坡的過(guò)程。

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這樣可以更加真實(shí)的模擬物理實(shí)驗(yàn)中涉水的場(chǎng)景（圖3），后處理也可以選個(gè)不同的顏色（圖4）。

圖3

圖4

換個(gè)側(cè)面角度觀察涉水過(guò)程

把前臉單獨(dú)顯示處理，檢查雨水的瞬態(tài)沖擊壓力

局部模型+材質(zhì)渲染查看雨水的飛濺效果：

使用Altair^? nanoFluidX^?可以幫助工程師在設(shè)計(jì)初期判斷車(chē)輛關(guān)鍵區(qū)域（空調(diào)進(jìn)氣口、齒輪箱通氣孔、電氣設(shè)備等等）的進(jìn)水風(fēng)險(xiǎn)。前處理僅需車(chē)身表面STL數(shù)據(jù)，無(wú)需花費(fèi)大量人工時(shí)間清理幾何。可以自動(dòng)創(chuàng)建水渠幾何，考慮水深和車(chē)速的變化。 

取決于硬件配置，車(chē)速和粒子間距，整車(chē)涉水模型可以在數(shù)小時(shí)至2天內(nèi)完成。后處理不僅可以觀測(cè)水流動(dòng)畫(huà)，也可以采用時(shí)間平均法定量的評(píng)估流場(chǎng)的時(shí)間平均壓力，流速和雨水的表面分布面積。

Altair（納斯達(dá)克股票代碼：ALTR）是一家全球技術(shù)公司，在仿真、高性能計(jì)算 (HPC) 和人工智能 (AI) 等領(lǐng)域提供軟件和云解決方案。Altair 能使跨越廣泛行業(yè)的企業(yè)們?cè)谶B接的世界中更高效地競(jìng)爭(zhēng)，并創(chuàng)造更可持續(xù)的未來(lái)。

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