本篇文章研究的重點(diǎn)是了解空氣動力學(xué)性能并量化在特定速度下作用于賽車的不同力，以了解氣流速度及其對賽車賽車穩(wěn)定性的影響。

計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）分析可深入了解汽車周圍的氣流、壓力和速度分布，以及計(jì)算空氣動力所需的參數(shù)。工程師們一般會建立具有虛擬駕駛員的賽車的3D CAD模型，因?yàn)槟Ｐ偷木W(wǎng)格眾多，一般會通過HPC資源在ANSYS 19.0仿真環(huán)境中生成。

CFD模擬過程

1、利用ansys設(shè)計(jì)建模器，用虛擬駕駛員生成三維賽車模型。在賽車周圍模擬空氣量，進(jìn)行外部流動模擬。

2、開發(fā)三維賽車的cfd網(wǎng)格模型。從網(wǎng)格面創(chuàng)建組以應(yīng)用邊界條件。

3、將CFD模型導(dǎo)入Ansys Fluent Environment。確定需要建立和運(yùn)行CFD模擬的核心數(shù)。

4、定義模型參數(shù)、流體特性和邊界條件。

5、定義求解器設(shè)置和求解算法。

6、提取賽車上用于計(jì)算賽車受力的壓力載荷，并評估其在氣動力作用下的穩(wěn)定性。

在HPC資源支持的環(huán)境下求解了ansys fluent仿真軟件。仿真模型需要在三維賽車幾何體周圍精確地定義大量的精細(xì)網(wǎng)格元素。以下快照將突出顯示所考慮的賽車幾何體和三維fluent網(wǎng)格模型：

賽車的三維幾何結(jié)構(gòu)

ansys fluent中的CFD網(wǎng)格模型

  賽車中段壓力（左）和速度（右）分布圖

圖中顯示了3D賽車中段的壓力分布結(jié)果。整個截面的壓力分布是均勻的。速度圖顯示了賽車前緣附近的空氣速度變化。空氣粒子速度是均勻的，粒子沿著靠近車壁的流線型路徑運(yùn)動。

HPC的測試基準(zhǔn)

工程師在256核服務(wù)器上進(jìn)行了外部流仿真，通過提交不同元素?cái)?shù)的仿真運(yùn)行，對服務(wù)器性能進(jìn)行了評估。顯然，網(wǎng)格越細(xì)，運(yùn)行模擬所需的時(shí)間就越多。通過使用更多的內(nèi)核可以最小化運(yùn)行時(shí)間。下表突出顯示了為256核系統(tǒng)捕獲的解決方案時(shí)間，該系統(tǒng)的元素?cái)?shù)高達(dá)1.4億個元素。

200萬網(wǎng)格模型的運(yùn)行時(shí)（秒）

1400萬網(wǎng)格模型的運(yùn)行時(shí)（秒）

1.4億網(wǎng)格模型的運(yùn)行時(shí)

從上圖可以看出，隨著cpu單元數(shù)量的增加，仿真時(shí)間大大縮短。使用精細(xì)網(wǎng)格模型的64核所需的解決時(shí)間是使用相同網(wǎng)格模型的256核服務(wù)器所需時(shí)間的3.8倍。對于中等數(shù)量的元素（約1400萬個），64核服務(wù)器的性能是正常四核系統(tǒng)在一天完成的模擬作業(yè)總數(shù)方面的5倍。

對于高精度網(wǎng)格（1.4億個單元）的計(jì)算要求很高，這在普通工作站上幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。hpc為解決高精度網(wǎng)格模型提供了這一優(yōu)勢，并且模擬時(shí)間大大縮短，從而提供了在可接受的運(yùn)行時(shí)間（約1.5小時(shí)）內(nèi)獲得模擬結(jié)果的優(yōu)勢。

HPC資源與仿真的結(jié)合，大大加快了仿真項(xiàng)目的進(jìn)度，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成了仿真項(xiàng)目。