數(shù)字風(fēng)洞
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
數(shù)字風(fēng)洞的視頻教程
數(shù)字孿生風(fēng)洞「風(fēng)神NF3」三重孿生詳解及應(yīng)用操作教程
神工坊?項目成果——數(shù)字孿生風(fēng)洞「風(fēng)神NF3」正式發(fā)布！ 本次發(fā)布會向業(yè)界展示了「風(fēng)神NF3」高保真、高效率與高易用性的突破性進(jìn)展，標(biāo)志著數(shù)字風(fēng)洞技術(shù)步入規(guī)模化產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的新階段。
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數(shù)字風(fēng)洞的實例教程
數(shù)字風(fēng)洞 是一種基于計算機(jī)仿真的先進(jìn)技術(shù)，用于模擬飛行器等對象在各種氣流條件下的性能和行為。與傳統(tǒng)風(fēng)洞相比，數(shù)字風(fēng)洞可以大幅降低傳統(tǒng)物理風(fēng)洞實驗的成本和時間，彌補(bǔ)物理風(fēng)洞尺度和洞壁干擾上的不足，并且能夠提供更加精確的數(shù)據(jù)和細(xì)節(jié)，為產(chǎn)品設(shè)計和優(yōu)化提供有力支持。
1 工作原理
首先，讓我們來了解一下數(shù)字風(fēng)洞的工作原理。
數(shù)字風(fēng)洞運(yùn)用數(shù)值計算方法和計算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)，將試驗對象的幾何形狀和運(yùn)動參數(shù)輸入計算模型中，通過計算模型的求解，模擬飛機(jī)、汽車、建筑等物體在流場中的運(yùn)動行為，預(yù)測和評估其在實際環(huán)境中的性能表現(xiàn)。
全機(jī)計算結(jié)果示意圖
2 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀
過去，諸如美國、德國和日本等國外發(fā)達(dá)國家在數(shù)字風(fēng)洞技術(shù)領(lǐng)域中一直處于主導(dǎo)地位。
在歐洲，由德國宇航中心（DLR）主導(dǎo)實施的Digital-X項目，致力于研發(fā)一個面向航空裝備的大規(guī)模并行多學(xué)科分析優(yōu)化設(shè)計平臺，推動實現(xiàn)了航空航天飛行器數(shù)字化設(shè)計的轉(zhuǎn)型升級。
21世紀(jì)以來，日本在數(shù)字風(fēng)洞建設(shè)方面也取得了實質(zhì)性進(jìn)展。早在1990年代，日本宇宙航空開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）成功建設(shè)了第一代和第二代數(shù)值風(fēng)洞。近年來，日本推出了一種由數(shù)值仿真和可視化兩部分組成的數(shù)字風(fēng)洞系統(tǒng)，其峰值運(yùn)行速度可達(dá)9.7萬億次/秒。在后續(xù)的發(fā)展中，該系統(tǒng)逐步與實體風(fēng)洞相結(jié)合，形成了一種名為“Hybrid Wind Tunnel”的集成風(fēng)洞 （如下圖所示）。通過該系統(tǒng)，可以在數(shù)字空間近乎完全復(fù)現(xiàn)裝備研制中的風(fēng)洞試驗過程，利用高性能計算機(jī)、CFD軟件開展數(shù)值模擬，進(jìn)行試驗方案設(shè)計以及關(guān)鍵流動問題分析。
展開 一、背景
在汽車設(shè)計和改型中，數(shù)值計算和風(fēng)洞試驗是評估氣動性能的兩大手段。風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ椭谱骱驮囼瀸嵤┑闹芷陂L，成本高，因此如何減少風(fēng)洞實驗次數(shù)，提高汽車設(shè)計效率，一直是汽車設(shè)計及空氣動力學(xué)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。
數(shù)字風(fēng)洞即風(fēng)洞的數(shù)字化，是遵循數(shù)字孿生理念，通過高保真數(shù)值計算、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)手段，將物理風(fēng)洞試驗設(shè)施和試驗過程1:1還原到數(shù)字世界，從而具備實施高置信數(shù)字風(fēng)洞試驗的能力。通過數(shù)字風(fēng)洞試驗，可以取代部分早期風(fēng)洞試驗車次和部分風(fēng)洞試驗，從而緩解風(fēng)洞試驗成本高、周期長與旺盛試驗需求之間的矛盾。
國家超級計算無錫中心神工坊團(tuán)隊，依托我國最先進(jìn)的國產(chǎn)自主超級計算機(jī)神威·太湖之光，自主研制了結(jié)構(gòu)網(wǎng)格自適應(yīng)框架（SAMR[1]）與格子玻爾茲曼流場求解器（LBM[2],Lattice Boltzmann Method)，形成了自主數(shù)值風(fēng)洞軟硬件基礎(chǔ)框架，可以高效地為汽車氣動仿真賦能。
二、方法
下面對40m/s(或144km/h)速度下的Ahmed標(biāo)準(zhǔn)汽車模型（25°后背角）與某實車模型進(jìn)行數(shù)值模擬。
（1）網(wǎng)格生成: 采用國家超級計算無錫中心自主開發(fā)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格自適應(yīng)加密框架，可對汽車中復(fù)雜幾何表面以及流場變化劇烈的地方進(jìn)行自動加密。
（2）流場求解器:采用國家超級計算無錫中心自主開發(fā)的基于多層加密格子玻爾茲曼方法的流場求解器，具有并行效率高且易于處理復(fù)雜幾何等優(yōu)點(diǎn)。
（3）湍流模型：選用Smagorinsky模型，它是一種簡單的大渦模擬模型，且易于在格子玻爾茲曼方法中實現(xiàn)。
三、結(jié)果
（1）汽車模擬驗證
1.1 網(wǎng)格規(guī)模：網(wǎng)格規(guī)模6.2億，采用了8層網(wǎng)格加密。并行規(guī)模約13萬核（含主核與從核)。注:這里采用6億網(wǎng)格主要是為了驗證大規(guī)模計算能力，在小規(guī)模網(wǎng)格的算例中我們也得到了與實驗基本吻合的阻力系數(shù)。
展開 BE2022050）項目成果——<strong style="color: rgb(15, 133, 214);">數(shù)字孿生風(fēng)洞「風(fēng)神NF3」正式發(fā)布！</strong></p><p><br></p><p> 本次發(fā)布會向業(yè)界展示了「風(fēng)神NF3」<strong style="color: rgb(15, 133, 214);">高保真、高效率與高易用性</strong>的突破性進(jìn)展，標(biāo)志著數(shù)字風(fēng)洞技術(shù)步入規(guī)模化產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的新階段。
展開 </p><h2 class="ql-align-justify"><strong> 一、背景</strong></h2><p class="ql-align-justify"> 在汽車設(shè)計和改型中，數(shù)值計算和風(fēng)洞試驗是評估氣動性能的兩大手段。風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ椭谱骱驮囼瀸嵤┑闹芷陂L，成本高，因此如何減少風(fēng)洞實驗次數(shù)，提高汽車設(shè)計效率，一直是汽車設(shè)計及空氣動力學(xué)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。</p><p class="ql-align-justify"> 數(shù)字風(fēng)洞即風(fēng)洞的數(shù)字化，是遵循數(shù)字孿生理念，通過高保真數(shù)值計算、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)手段，將物理風(fēng)洞試驗設(shè)施和試驗過程1:1還原到數(shù)字世界，從而具備實施高置信數(shù)字風(fēng)洞試驗的能力。通過數(shù)字風(fēng)洞試驗，可以取代部分早期風(fēng)洞試驗車次和部分風(fēng)洞試驗，從而緩解風(fēng)洞試驗成本高、周期長與旺盛試驗需求之間的矛盾。</p><p class="ql-align-justify"> 神工坊?技術(shù)團(tuán)隊依托我國最先進(jìn)的國產(chǎn)自主超級計算機(jī)神威·太湖之光，<strong>自主研制了結(jié)構(gòu)網(wǎng)格自適應(yīng)框架</strong>（SAMR[1]）與<strong>格子玻爾茲曼流場求解器</strong>（LBM[2],Lattice Boltzmann Method)，形成了自主數(shù)值風(fēng)洞軟硬件基礎(chǔ)框架，可以高效地為汽車氣動仿真賦能。</p><h2 class="ql-align-justify"><strong> 二、方法</strong></h2><p class="ql-align-justify"> 下面對40m/s(或144km/h)速度下的Ahmed標(biāo)準(zhǔn)汽車模型（25°后背角）與某實車模型進(jìn)行數(shù)值模擬。
展開 合作工程使得PowerFLOW的數(shù)據(jù)更容易顯示，使用PowerVIZ可以顯示模型表面以及汽車尾流各個斷面上的流態(tài)
數(shù)字風(fēng)洞?
PowerFLOW包括一個全尺寸數(shù)字風(fēng)洞–這是進(jìn)行空氣動力學(xué)模擬的一個綜合模板，可以顯著減少模擬設(shè)置所需要的時間。用戶只需要導(dǎo)入模型的所有幾何部件，定義高精度求解區(qū)，設(shè)置邊界條件，并定義測量區(qū)即可，然后準(zhǔn)備開始模擬，包括全自動的網(wǎng)格生成過程。
在汽車開發(fā)過程的初期，在概念和設(shè)計選擇期間，許多Exa的客戶都已經(jīng)完全使用PowerFLOW的數(shù)字風(fēng)洞開發(fā)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)縮比例模型的風(fēng)洞實驗開發(fā)。
數(shù)字風(fēng)洞也能進(jìn)行完全的道路模擬，例如帶有旋轉(zhuǎn)車輪和移動地面的模擬(這是基于PowerFLOW開發(fā)的另一個優(yōu)勢，因為一般在縮比例風(fēng)洞中不能進(jìn)行這些開發(fā))。
該數(shù)字過程的一個重要優(yōu)勢是能在開發(fā)的初期就使用具有所有細(xì)節(jié)的模型，包括發(fā)動機(jī)艙內(nèi)和車身底部細(xì)節(jié)，進(jìn)行各種模擬。在這種方式下，進(jìn)行空氣動力學(xué)開發(fā)的同時也考慮了冷卻氣流的要求——而傳統(tǒng)的開發(fā)過程是在確定了汽車的外形之后再單獨(dú)考慮冷卻氣流的要求，這就使得修改困難而且費(fèi)用高。
驗證
PowerFLOW能夠精確捕捉汽車真實的空氣動力學(xué)特性，這已經(jīng)被我們客戶提供的各種真實案例以及各種科研案例所證實。這些實例大部分都進(jìn)行了廣泛的試驗研究——表面油流顯示、表面壓力測量以及流場中的速度和壓力測量，而且都與PowerFLOW的模擬結(jié)果進(jìn)行了廣泛的對比。客戶可以向Exa客服中心索要這些案例對比的完整文檔。
氣動聲學(xué)
PowerFLOW是當(dāng)今汽車工業(yè)用于氣動聲學(xué)模擬強(qiáng)而有力的CFD工具。我們的客戶使用PowerFLOW模擬各種各樣的氣動聲學(xué)現(xiàn)象，包括：
- 風(fēng)噪聲：車身表面的流體力學(xué)和聲壓波動。
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</li><li><strong>數(shù)字孿生標(biāo)桿應(yīng)用：</strong>以“數(shù)字孿生風(fēng)洞”為例，通過幾何、物理、數(shù)據(jù)“三重孿生”，實現(xiàn)對物理風(fēng)洞的增強(qiáng)、替代與邊界擴(kuò)展，將傳統(tǒng)27個月風(fēng)洞試驗周期縮短近半，AI加速使數(shù)值模擬快于物理實驗。</li></ul><p><br></p><p> 神工坊?致力于以超級計算、人工智能、云計算等先進(jìn)計算技術(shù)推動新一代CAE技術(shù)革新。
</span></p><p><br></p><p> 基于該引擎構(gòu)建的“風(fēng)神NF3”數(shù)字孿生風(fēng)洞，<strong style="color: rgb(5, 76, 143);">擁有了區(qū)別于傳統(tǒng)仿真軟件，兼顧效率及精度的極大優(yōu)勢</strong>。
</strong>在同期舉辦的“2025優(yōu)秀仿真技術(shù)解決方案”發(fā)布會上，神工坊<sup>?</sup>的<strong style="color: rgb(15, 133, 214);"> “風(fēng)神NF3數(shù)字孿生風(fēng)洞”</strong>研發(fā)成果歷經(jīng)嚴(yán)格的評審與答辯，在眾多申報項目中脫穎而出、名列其中，為行業(yè)提供了實踐范本。
BE2022050）項目成果——<strong style="color: rgb(15, 133, 214);">數(shù)字孿生風(fēng)洞「風(fēng)神NF3」正式發(fā)布！
</p><p class="ql-align-justify"> 數(shù)字風(fēng)洞即風(fēng)洞的數(shù)字化，是遵循數(shù)字孿生理念，通過高保真數(shù)值計算、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)手段，將物理風(fēng)洞試驗設(shè)施和試驗過程1:1還原到數(shù)字世界，從而具備實施高置信數(shù)字風(fēng)洞試驗的能力。通過數(shù)字風(fēng)洞試驗，可以取代部分早期風(fēng)洞試驗車次和部分風(fēng)洞試驗，從而緩解風(fēng)洞試驗成本高、周期長與旺盛試驗需求之間的矛盾。
這猶如一個“數(shù)字風(fēng)洞”，不僅能降低熱測試的次數(shù)和成本，還能作為對測試結(jié)果的進(jìn)一步驗證，確保減少發(fā)熱，提升安全性和可靠性。
這猶如一個“數(shù)字風(fēng)洞”，不僅能降低熱測試的次數(shù)和成本，還能作為對測試結(jié)果的進(jìn)一步驗證，確保減少發(fā)熱，提升安全性和可靠性。
數(shù)字風(fēng)洞 是一種基于計算機(jī)仿真的先進(jìn)技術(shù)，用于模擬飛行器等對象在各種氣流條件下的性能和行為。與傳統(tǒng)風(fēng)洞相比，數(shù)字風(fēng)洞可以大幅降低傳統(tǒng)物理風(fēng)洞實驗的成本和時間，彌補(bǔ)物理風(fēng)洞尺度和洞壁干擾上的不足，并且能夠提供更加精確的數(shù)據(jù)和細(xì)節(jié)，為產(chǎn)品設(shè)計和優(yōu)化提供有力支持。
1 工作原理
首先，讓我們來了解一下數(shù)字風(fēng)洞的工作原理。
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數(shù)字環(huán)境風(fēng)洞開發(fā)與應(yīng)用
