CFD求解器
關(guān)注創(chuàng)建者：Oler 創(chuàng)建時間：2019-06-15
CFD求解器的視頻教程
基于開源代碼的通用CFD軟件-iconCFD的應(yīng)用
基于開源代碼的通用CFD軟件-iconCFD的應(yīng)用 適用人群：面向汽車行業(yè)及其它大量使用CFD仿真分析的工業(yè)領(lǐng)域，以及對CFD的求解器和使用過程有定制開發(fā)需求的工業(yè)和科研領(lǐng)域。
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CFD求解器的實例教程
引進AltairHyperWorks高端的CFD求解器AcuSolve，并轉(zhuǎn)換到CooperStandard團隊中來主要是由于Altair HyperWorks許可證機制，一種基于unit的許可證機制使用戶需要使用軟件時調(diào)用unit，而不需要時可以釋放unit，大家可以共享軟件而不需要在每臺工作站上都安裝許可證。“這種許可證機制是我們采用AcuSolve的主要驅(qū)動力，”Lincoln說，“不同的計算機都可以調(diào)用同一許可證，當我們不使用AcuSolve時，我們可以不需要任何額外的費用去使用MotionSolve或 RADIOSS。我們不再在軟件方面顯得捉襟見肘。”
Lincoln與Altair團隊合作研發(fā)了一種基于AcuSolve的定制化工具，該工具很容易使用，使設(shè)計工程師在設(shè)計初期實現(xiàn)CFD仿真。
另外，Lincoln發(fā)現(xiàn)AcuSolve大大加速了產(chǎn)品仿真的周期。“我以前沒有意識到它有多強大，”他說，“對于一個全新的水泵設(shè)計，我下載了40種不同設(shè)計，每種設(shè)計有4個或5個部件。仿真評估這些設(shè)計目前可以在一周內(nèi)完成，然而使用之 前的CFD軟件需要花費一個月。AcuSolve建模更流程化，求解器收斂得更快并仍能保證精確的結(jié)果。我可以建立一組三個流動點并在一個晚上就拿到結(jié)果，我可以在我本機上用一個晚上時間完成兩個模型的計算，并且Altair允許我使用我筆記本上所有4個核。我的下個Windows工作站是16核，HyperWorks許可證機制允許我充分使用它的計算性能。”
結(jié)論
Lincoln闡明了AcuSolve在水泵設(shè)計中的價值，同時會提高歐洲市場電動汽車的乘員舒適性。
展開 板級的傳熱問題包含了豐富的對流與傳導(dǎo)現(xiàn)象，集成電路、封裝、電路板、散熱器之間的散熱主要是熱傳導(dǎo)問題，而上述因素和環(huán)境（氣體或液體）之間的散熱則是熱對流問題。因此，對于板級熱分析來講，不僅要同時分析電氣和熱物理領(lǐng)域，更要兼顧熱傳導(dǎo)分析和熱對流分析，需要的是一個多物理場的仿真解決方案。
FEA（有限元分析）求解器是用于熱傳導(dǎo)電熱耦合分析的，該方法以傳熱系數(shù)為邊界條件，以簡化的方式考慮對流和輻射效應(yīng)，詳細模擬固體內(nèi)部的傳導(dǎo)問題，可以在短時間內(nèi)獲得高精度的熱傳導(dǎo)分析結(jié)果。另一種CFD（計算流體動力學(xué)）求解器用于熱對流和熱輻射模擬，通過流體流動的實際模擬（如風(fēng)扇吹過PCB上的空氣）進行對流和輻射的詳細建模，但該方法在處理傳導(dǎo)問題時，要求盡量簡化設(shè)計，所以達不到FEA的求解精度和效率。因此我們可以同時使用上述兩種仿真方法進行熱分析工作，達到優(yōu)勢互補的目的。
FEA求解器主要解決的區(qū)域
CFD求解器主要解決的區(qū)域
本文章以Cadence的Celsius Thermal Solver作為仿真工具，利用它的FEA-CFD電熱仿真流程實施分析工作，流程圖如下所示：
導(dǎo)入PCB文件，進行電與熱相關(guān)的參數(shù)設(shè)置，運行FEA仿真，得到包含PCB各區(qū)域功率耗散的簡化仿真模型，再導(dǎo)入到CFD求解器中，添加風(fēng)扇、機箱等結(jié)構(gòu)實施CFD仿真，結(jié)果保存為一個CFD模型，代表設(shè)置環(huán)境（自然環(huán)境、風(fēng)冷或水冷等）下的真實傳熱系數(shù)，再回到FEA求解器中導(dǎo)入CFD模型作為邊界條件，重新執(zhí)行電熱仿真，最后得到精確的電熱仿真結(jié)果。
下面以一個PCB熱仿真實例，詳細說明仿真步驟。
展開 板級的傳熱問題包含了豐富的對流與傳導(dǎo)現(xiàn)象，集成電路、封裝、電路板、散熱器之間的散熱主要是熱傳導(dǎo)問題，而上述因素和環(huán)境（氣體或液體）之間的散熱則是熱對流問題。因此，對于板級熱分析來講，不僅要同時分析電氣和熱物理領(lǐng)域，更要兼顧熱傳導(dǎo)分析和熱對流分析，需要的是一個多物理場的仿真解決方案。
FEA（有限元分析）求解器是用于熱傳導(dǎo)電熱耦合分析的，該方法以傳熱系數(shù)為邊界條件，以簡化的方式考慮對流和輻射效應(yīng)，詳細模擬固體內(nèi)部的傳導(dǎo)問題，可以在短時間內(nèi)獲得高精度的熱傳導(dǎo)分析結(jié)果。另一種CFD（計算流體動力學(xué)）求解器用于熱對流和熱輻射模擬，通過流體流動的實際模擬（如風(fēng)扇吹過PCB上的空氣）進行對流和輻射的詳細建模，但該方法在處理傳導(dǎo)問題時，要求盡量簡化設(shè)計，所以達不到FEA的求解精度和效率。因此我們可以同時使用上述兩種仿真方法進行熱分析工作，達到優(yōu)勢互補的目的。
FEA求解器主要解決的區(qū)域
CFD求解器主要解決的區(qū)域
本文章以Cadence的Celsius Thermal Solver作為仿真工具，利用它的FEA-CFD電熱仿真流程實施分析工作，流程圖如下所示：
導(dǎo)入PCB文件，進行電與熱相關(guān)的參數(shù)設(shè)置，運行FEA仿真，得到包含PCB各區(qū)域功率耗散的簡化仿真模型，再導(dǎo)入到CFD求解器中，添加風(fēng)扇、機箱等結(jié)構(gòu)實施CFD仿真，結(jié)果保存為一個CFD模型，代表設(shè)置環(huán)境（自然環(huán)境、風(fēng)冷或水冷等）下的真實傳熱系數(shù)，再回到FEA求解器中導(dǎo)入CFD模型作為邊界條件，重新執(zhí)行電熱仿真，最后得到精確的電熱仿真結(jié)果。
下面以一個PCB熱仿真實例，詳細說明仿真步驟。
展開 Tosca fluid是目前唯一一款模塊化的針對管道流動問題的無參管道流體優(yōu)化系統(tǒng)，它采用行業(yè)標準的CFD拓撲優(yōu)化求解器，其優(yōu)化過程設(shè)置簡單、不需要參數(shù)。基于初始的設(shè)計空間，由Tosca fluid自動優(yōu)化流道的設(shè)計，采用先進的優(yōu)化技術(shù)幫助工程師開發(fā)新的產(chǎn)品，采用單一的CFD求解器運行得到諸如顯著降低壓降和增強流動均勻性的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。
Tosca fluid優(yōu)勢
與先進的CFD求解器無縫集成；
通過自動布局和廣泛集成過程提高效率；
通過在產(chǎn)品開發(fā)的早期階段應(yīng)用優(yōu)化縮短開發(fā)時間；
獨特的和經(jīng)濟的新型流道開發(fā)方法；
Tosca fluid-流體流動的設(shè)計和優(yōu)化.pdf
展開 以下是針對CFD模型的通用流程
1 清理/清除
導(dǎo)入幾何模型后，進行幾何清理和清除非常必要，損壞的面需要修復(fù)或替換，抑制對流場沒有影響的幾何特征從而簡化網(wǎng)格劃分過程，以及獲得好的面單元質(zhì)量。
2 面網(wǎng)格劃分
選擇合適的面網(wǎng)格劃分方法（例如：“surface deviation面偏差法”或者“size and bias大小和偏差法”）生成幾何上的面網(wǎng)格。面網(wǎng)格質(zhì)量直接影響最后的體網(wǎng)格質(zhì)量，所以在生成體網(wǎng)格前檢查和改善面網(wǎng)格質(zhì)量非常重要，同時保證在面網(wǎng)格里沒有自由邊。
3 體網(wǎng)格劃分
基于面網(wǎng)格，使用合適的體網(wǎng)格方法生成體網(wǎng)格，例如“CFD tetramesh”。和上一步一樣，檢查和改善體網(wǎng)格質(zhì)量也非常必要。
4 輸出模型準備
為了再工程求解和CFD求解之間達到一個好的兼容性，輸出之前對不同的面和體進行分組非常必要。
5 給CFD求解器輸出網(wǎng)格
針對不同的CFD求解器格式輸出合適的網(wǎng)格。
文章來源：研巴科技
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CFD求解器的最新內(nèi)容
產(chǎn)品小貼士
Ansys Icepak是一款用于電子熱管理的CFD求解器。它可以預(yù)測IC封裝、PCB、電子裝配體/外殼和電力電子設(shè)備中的氣流、溫度和傳熱。
Ansys Mechanical是業(yè)界領(lǐng)先的有限元求解器，具有結(jié)構(gòu)、熱學(xué)、聲學(xué)、瞬態(tài)和非線性功能，可幫助改進建模。
Ansys Icepak可提供強大的電子冷卻解決方案，利用行業(yè)領(lǐng)先的Ansys Fluent計算流體力學(xué)（CFD）求解器對集成電路（IC）、封裝、印刷電路板（PCB）和電子設(shè)備進行熱分析和流體流動分析。
Ansys Mechanical是業(yè)界領(lǐng)先的有限元求解器，具有結(jié)構(gòu)、熱學(xué)、聲學(xué)、瞬態(tài)和非線性功能，可幫助改進建模。
通過腳本動態(tài)配置節(jié)點資源與通訊文件，系統(tǒng)調(diào)用 OpenMPI 驅(qū)動底層 CFD 求解器執(zhí)行<strong style="color: rgb(5, 76, 143);">多節(jié)點跨核并行計算</strong>。
Ansys Icepak提供強大的電子冷卻解決方案，利用業(yè)界領(lǐng)先的Ansys Fluent計算流體力學(xué)（CFD）求解器，用于集成電路、封裝、印刷電路板和電子組件的熱流和流體流動分析，集成在Ansys電子桌面（AEDT）中，現(xiàn)為復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)提供了顯著提升的設(shè)計性能和顯著提升的網(wǎng)格精度。
</p><h3><strong>5.2 未來展望：邁向AI求解新階段</strong></h3><p> 本次高性能改造在提升CFD軟件代數(shù)求解器的性能與并行效率方面取得了可觀成效，未來神工坊?技術(shù)團隊的研究與開發(fā)工作將主要在<strong style="color: rgb(15, 133, 214);">AI 驅(qū)動的代數(shù)求解加速</strong>方向攻堅克難。
支持CUDA: 可以為支持GPU加速的計算（如LS-DYNA、一些CFD求解器、AI訓(xùn)練）提供助力。
10. 準系統(tǒng)： 凌炫G5035 4盤位 3.5寸/2.5寸 1*1500W 電源 前置USB 2 、后置2個千兆，1個IPMI，2個USB，1個VGA、3個PCIe 5.0 16X，2個Pcie 5.0 8x。
11. 附 件： 電源線
12.
3.7 AI 驅(qū)動風(fēng)阻優(yōu)化
訓(xùn)練好的 DrivAer 代理模型（文件尺寸僅30M）嵌入到傳統(tǒng)的 DOE 參數(shù)優(yōu)化流程，替代原先的 CFD 求解器，加速設(shè)計迭代。如圖所示，采用AI代理模型對DrivAer 的6個 Morph 變量進行了9輪迭代尋優(yōu)，將從0.254降低到0.2505。
· Ansys Icepak可提供強大的電子冷卻解決方案，利用行業(yè)領(lǐng)先的Ansys Fluent計算流體力學(xué)（CFD）求解器對集成電路（IC）、封裝、印刷電路板（PCB）和電子設(shè)備進行熱分析和流體流動分析。
· Ansys SIwave可幫助您對現(xiàn)代高性能電子產(chǎn)品中典型的高速信道和整個供電系統(tǒng)進行建模、仿真和驗證。
一體化多物理場平臺：它不是單一的CFD求解器，而是一個集幾何處理、網(wǎng)格生成、物理模型設(shè)置、求解計算、后處理分析于一體的完整環(huán)境。用戶無需在不同軟件間切換，大大提高了工作效率。
參考案例-幾何-3D-CAD：使用歐洲卡車進行去特征與修復(fù)
參考案例-幾何-3D-CAD 高級準備：修復(fù)排氣
2.
COO稀疏矩陣向量乘加速比及浮點性能
某CFD求解器加速：
一個開發(fā)者僅用1周時間，采用UNAT對其中主要6個熱點核心進行了加速開發(fā)。熱點核心眾核加速比平均在19倍左右，整體加速也達到了10倍。
