數字風洞的案例
數字風洞：助力工業數字化轉型走深向實
數字風洞 是一種基于計算機仿真的先進技術，用于模擬飛行器等對象在各種氣流條件下的性能和行為。與傳統風洞相比，數字風洞可以大幅降低傳統物理風洞實驗的成本和時間，彌補物理風洞尺度和洞壁干擾上的不足，并且能夠提供更加精確的數據和細節，為產品設計和優化提供有力支持。
1 工作原理
首先，讓我們來了解一下數字風洞的工作原理。
數字風洞運用數值計算方法和計算流體力學（CFD）技術，將試驗對象的幾何形狀和運動參數輸入計算模型中，通過計算模型的求解，模擬飛機、汽車、建筑等物體在流場中的運動行為，預測和評估其在實際環境中的性能表現。
全機計算結果示意圖
2 國內外技術現狀
過去，諸如美國、德國和日本等國外發達國家在數字風洞技術領域中一直處于主導地位。
在歐洲，由德國宇航中心（DLR）主導實施的Digital-X項目，致力于研發一個面向航空裝備的大規模并行多學科分析優化設計平臺，推動實現了航空航天飛行器數字化設計的轉型升級。
21世紀以來，日本在數字風洞建設方面也取得了實質性進展。早在1990年代，日本宇宙航空開發機構（JAXA）成功建設了第一代和第二代數值風洞。近年來，日本推出了一種由數值仿真和可視化兩部分組成的數字風洞系統，其峰值運行速度可達9.7萬億次/秒。在后續的發展中，該系統逐步與實體風洞相結合，形成了一種名為“Hybrid Wind Tunnel”的集成風洞 （如下圖所示）。通過該系統，可以在數字空間近乎完全復現裝備研制中的風洞試驗過程，利用高性能計算機、CFD軟件開展數值模擬，進行試驗方案設計以及關鍵流動問題分析。
展開 極大規模整車氣動數值模擬——構筑數字風洞基礎框架
一、背景
在汽車設計和改型中，數值計算和風洞試驗是評估氣動性能的兩大手段。風洞試驗模型制作和試驗實施的周期長，成本高，因此如何減少風洞實驗次數，提高汽車設計效率，一直是汽車設計及空氣動力學領域研究的重點。
數字風洞即風洞的數字化，是遵循數字孿生理念，通過高保真數值計算、機器學習等技術手段，將物理風洞試驗設施和試驗過程1:1還原到數字世界，從而具備實施高置信數字風洞試驗的能力。通過數字風洞試驗，可以取代部分早期風洞試驗車次和部分風洞試驗，從而緩解風洞試驗成本高、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隊，依托我國最先進的國產自主超級計算機神威·太湖之光，自主研制了結構網格自適應框架（SAMR[1]）與格子玻爾茲曼流場求解器（LBM[2],Lattice Boltzmann Method)，形成了自主數值風洞軟硬件基礎框架，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標準汽車模型（25°后背角）與某實車模型進行數值模擬。
（1）網格生成: 采用國家超級計算無錫中心自主開發的結構網格自適應加密框架，可對汽車中復雜幾何表面以及流場變化劇烈的地方進行自動加密。
（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雜幾何等優點。
（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。
三、結果
（1）汽車模擬驗證
1.1 網格規模：網格規模6.2億，采用了8層網格加密。并行規模約13萬核（含主核與從核)。注:這里采用6億網格主要是為了驗證大規模計算能力，在小規模網格的算例中我們也得到了與實驗基本吻合的阻力系數。
展開 重磅︱數字孿生風洞「風神NF3」發布！
BE2022050）項目成果——<strong style="color: rgb(15, 133, 214);">數字孿生風洞「風神NF3」正式發布！</strong></p><p><br></p><p> 本次發布會向業界展示了「風神NF3」<strong style="color: rgb(15, 133, 214);">高保真、高效率與高易用性</strong>的突破性進展，標志著數字風洞技術步入規模化產業應用的新階段。
展開 技術分享︱極大規模整車氣動數值模擬——構筑數字風洞基礎框架
</p><h2 class="ql-align-justify"><strong> 一、背景</strong></h2><p class="ql-align-justify"> 在汽車設計和改型中，數值計算和風洞試驗是評估氣動性能的兩大手段。風洞試驗模型制作和試驗實施的周期長，成本高，因此如何減少風洞實驗次數，提高汽車設計效率，一直是汽車設計及空氣動力學領域研究的重點。</p><p class="ql-align-justify"> 數字風洞即風洞的數字化，是遵循數字孿生理念，通過高保真數值計算、機器學習等技術手段，將物理風洞試驗設施和試驗過程1:1還原到數字世界，從而具備實施高置信數字風洞試驗的能力。通過數字風洞試驗，可以取代部分早期風洞試驗車次和部分風洞試驗，從而緩解風洞試驗成本高、周期長與旺盛試驗需求之間的矛盾。</p><p class="ql-align-justify"> 神工坊?技術團隊依托我國最先進的國產自主超級計算機神威·太湖之光，<strong>自主研制了結構網格自適應框架</strong>（SAMR[1]）與<strong>格子玻爾茲曼流場求解器</strong>（LBM[2],Lattice Boltzmann Method)，形成了自主數值風洞軟硬件基礎框架，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標準汽車模型（25°后背角）與某實車模型進行數值模擬。
展開 
T-Solution虛擬技術解決方案（2）
合作工程使得PowerFLOW的數據更容易顯示，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
數字風洞?
PowerFLOW包括一個全尺寸數字風洞–這是進行空氣動力學模擬的一個綜合模板，可以顯著減少模擬設置所需要的時間。用戶只需要導入模型的所有幾何部件，定義高精度求解區，設置邊界條件，并定義測量區即可，然后準備開始模擬，包括全自動的網格生成過程。
在汽車開發過程的初期，在概念和設計選擇期間，許多Exa的客戶都已經完全使用PowerFLOW的數字風洞開發來代替傳統縮比例模型的風洞實驗開發。
數字風洞也能進行完全的道路模擬，例如帶有旋轉車輪和移動地面的模擬(這是基于PowerFLOW開發的另一個優勢，因為一般在縮比例風洞中不能進行這些開發)。
該數字過程的一個重要優勢是能在開發的初期就使用具有所有細節的模型，包括發動機艙內和車身底部細節，進行各種模擬。在這種方式下，進行空氣動力學開發的同時也考慮了冷卻氣流的要求——而傳統的開發過程是在確定了汽車的外形之后再單獨考慮冷卻氣流的要求，這就使得修改困難而且費用高。
驗證
PowerFLOW能夠精確捕捉汽車真實的空氣動力學特性，這已經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的模擬結果進行了廣泛的對比。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
PowerFLOW是當今汽車工業用于氣動聲學模擬強而有力的CFD工具。我們的客戶使用PowerFLOW模擬各種各樣的氣動聲學現象，包括：
- 風噪聲：車身表面的流體力學和聲壓波動。
展開 技術分享︱基于SAMR網格自適應與AI智能求解技術的高保真流場模擬
<img referrerpolicy="no-referrer" crossorigin="anonymous" data-referrer-policy-set="true" src="https://pic2.zhimg.com/v2-0bae0c1aed84ee6363cf887358a157a5_1440w.jpg" width="970"></p><p class="ql-align-center">物理風洞</p><p><br></p><p> 為了打破這一局限，神工坊?研發團隊推出了面向風洞試驗的<strong style="color: rgb(5, 76, 143);">“風神NF3”數字孿生風洞</strong>。</p><p><br></p><p> 通過“幾何孿生、物理孿生、數據孿生”的三重構建，<strong style="color: rgb(5, 76, 143);">“風神NF3”能夠為試驗提供全息流場信息，輔助試驗設計，甚至在物理試驗無法觸及的“高雷諾數、特殊動作”等邊界條件下進行擴展研究。</strong></p><p><br></p><p> “風神NF3”數字孿生風洞是神工坊<sup>?</sup>CAE“基座+應用”生態的里程碑，本文將深度解析其背后的兩大核心技術——HSF-SAMR網格自適應與HSF-AI智能求解技術，看它們如何讓仿真從“能算”進階為“智能算”。
展開 新聞︱大會捷報！神工坊?參編《國產自主工業仿真軟件發展白皮書》正式發布，「風神NF3」斬獲年度優秀解決方案
</strong>在同期舉辦的“2025優秀仿真技術解決方案”發布會上，神工坊<sup>?</sup>的<strong style="color: rgb(15, 133, 214);"> “風神NF3數字孿生風洞”</strong>研發成果歷經嚴格的評審與答辯，在眾多申報項目中脫穎而出、名列其中，為行業提供了實踐范本。
省流版！ZWorld中望全球生態大會及仿真生態論壇干貨內容！
在仿真論壇上，中望流體仿真事業部研發總監譚文俊博士，發布了能提供最優數字化熱設計體驗的中望流體仿真2025年版本，并且現場提供產品試用，獲得參會嘉賓的眾多關注和肯定。</p><p> 中望流體仿真2025有兩大特點，第一，其能夠在設計階段優化產品設計，CFD技術可以模擬流體和熱傳輸行為，提前發現問題，減少實驗和錯誤，從而提高產品質量。第二，軟件內置了企業常用的設計規范，甚至包含國家標準方案，幫助工程師在滿足設計要求的基礎上節省成本、合理布局散熱器件。這猶如一個“數字風洞”，不僅能降低熱測試的次數和成本，還能作為對測試結果的進一步驗證，確保減少發熱，提升安全性和可靠性。</p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/lR4GOtoy9vIlI7PnUTS6JicicBNOIv6gS4iaqLFibV6foy7DDpakqibshTuibjW2Jic1Xc2ksx2d5LkjXh2uAK0A8TPiaw/640?wx_fmt=jpeg&from=appmsg"></p><p class="ql-align-right">▲中望流體仿真事業部研發總監譚文俊博士發布中望流體仿真2025年版本</p><p class="ql-align-justify"> 現中望軟件仿真產品矩陣，包含了用于結構分析和優化的ZWSim Stuctural、專注低頻電磁仿真的ZWSim-Metas、流體仿真ZWSim CFD、用于離散元分析的ZWSim DEM四個物理場產品，以及網絡剖分與前后處理平臺ZWMeshWorks。此次發布的中望流體仿真2025版，旨在提升產品的熱管理性能，以滿足電子設備對優化熱仿真的需求。
展開 新聞︱神工坊受邀出席無錫人工智能產業園“AI賦能研發設計”主題活動，共探算力與AI時代下的CAE范式革新
</li><li><strong>數字孿生標桿應用：</strong>以“數字孿生風洞”為例，通過幾何、物理、數據“三重孿生”，實現對物理風洞的增強、替代與邊界擴展，將傳統27個月風洞試驗周期縮短近半，AI加速使數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、云計算等先進計算技術推動新一代CAE技術革新。公司核心產品包括<strong>SIMFORGE HSF?“超算+AI”混合數值引擎</strong>、<strong>數字孿生試驗設施</strong>及<strong>高性能仿真云平臺</strong>，廣泛支持復雜裝備、大型工程及廣泛研發創新場景。未來，神工坊?將持續深耕“超算+AI”混合數值引擎，打造快速定制化與云化服務的PaaS/SaaS平臺，構建“先進平臺+專用APP”的CAE新生態。</p><p><br></p><p><img referrerpolicy="no-referrer" crossorigin="anonymous" data-referrer-policy-set="true" src="https://pic-out.zhimg.com/v2-cd7c4cf5f2885e2357972e209b4980aa~resize:1440:q75.png?
展開 5分鐘讀懂中望設計仿真一體化平臺 | 中望全球生態大會
在仿真論壇上，中望流體仿真事業部研發總監譚文俊博士，發布了能提供最優數字化熱設計體驗的中望流體仿真2025年版本，并且現場提供產品試用，獲得參會嘉賓的眾多關注和肯定。</span></p><p><span style="color: rgb(51, 51, 51);"> </span></p><p><span style="color: rgb(51, 51, 51);">中望流體仿真2025有兩大特點，第一，其能夠在設計階段優化產品設計，CFD技術可以模擬流體和熱傳輸行為，提前發現問題，減少實驗和錯誤，從而提高產品質量。第二，軟件內置了企業常用的設計規范，甚至包含國家標準方案，幫助工程師在滿足設計要求的基礎上節省成本、合理布局散熱器件。這猶如一個“數字風洞”，不僅能降低熱測試的次數和成本，還能作為對測試結果的進一步驗證，確保減少發熱，提升安全性和可靠性。
展開 特約專欄 | 仿真大眾化之路
這樣介紹：
為了進行強大的數字風洞分析，CFD軟件如Exa的Powerflow?需要在準確性、拓撲結構、尺寸大小等方面能夠滿足嚴格要求的多邊形模型。過去這需要幾個步驟來準備用于CFD分析的模型，可能需要長達7天才能完成。首先，必須使用逆向工程軟件系統將數字化的點云轉換為NURBS曲面。將生成的曲面加載到CAD軟件中，并進行了一些編輯操作，例如，特征重建和刪除不必要的細節。然后必須使用另一個軟件包對CAD模型進行曲面細分，以重新創建網格化模型。大多數時候，這種多邊形（鑲嵌）模型還需要進行其他修改才能滿足CFD分析所需的10萬級三角形目標。
“PolyWorks提供了一種直接的方法，極大地改變了用于CFD分析的多邊形模型準備和優化的工作”，來自德國Duwe-3d的Hans-Peter Duwe博士說。“PolyWorks提供了廣泛的多邊形編輯工具，使我們能夠重建特征曲線，刪除過度詳細的特征以及創建可直接在Exa PowerFlow分析使用的閉合多邊形模型。所有操作都可以在一個軟件解決方案中進行，從而大大減少了流體流分析的時間和成本。
展開 
軟件賦能智造——第五屆“設計+運維”國產工業軟件研討會圓滿召開
天洑軟件高校捐贈儀式
03 智能設計，引領未來智能制造
大會的智能設計分會場，來自中科宇能氣動主任工程師龔婷婷、菲仕電機的電磁仿真工程師孟慶賀、蜂巢能源的工藝仿真負責人潘永超、中國汽車技術研究中心風洞實驗室仿真專家王丹、上海船舶運輸科學研究所數值中心副主任杜云龍、哈爾濱鍋爐廠數字信息研究所所長沈濤、上海發電設備成套設計研究院工程師徐前、東風商用車技術中心資深仿真工程師劉志輝八位嘉賓帶來了八場精彩的主題技術報告，涵蓋了重點設備的仿真模擬、代理優化、數據驅動等，與觀眾一起探討了當下國內工業設計研發與數字化轉型的發展趨勢及前沿技術。
04 智能運維，推動運維再上新臺階
大會的智能運維分會場，來自重慶大學機械與運載工程學院李偉博士、京能十堰熱電有限公司發電部副部長李鵬竹、西安熱工研究院有限公司熱控所副所長譚祥帥、上海核工程研究設計院工藝系統所泵閥組組長鐘云、廣東電力設計院數字化技術中心副設計總工程師薛躍鵬、清華大學能源與動力工程系馮晨龍博士、華電科工環保分公司產品經理王永林、天洑軟件運維事業部產品總監周猛八位嘉賓帶來了八場精彩的主題技術報告，涵蓋了設備狀態監測、智能控制、數字孿生、數字化轉型實踐以及前沿技術探索等。
05 軟件實操，零距離體驗國產工業軟件新功能
軟件培訓
及軟件操作體驗
本屆大會設置了六場軟件實操培訓及全天的軟件操作體驗區。參會嘉賓可現場體驗智能熱流體仿真軟件AICFD、智能結構仿真軟件AIFEM、智能數據建模軟件DTEmpower、智能優化軟件AIPOD、設備預警及故障診斷系統AIPHM的最新版本最新功能，零距離感受中國國產自研工業研發及運維軟件的技術創新及解決方案。
第五屆“設計+運維”國產工業軟件研討會的召開，進一步促進了國產工業軟件多方面深入探討，對未來工業軟件發展之路具有重要的指導意義。
展開 (計算流體力學概述)
它能為空氣動力學優化提供一個真實的數字風洞求解，在全球占有統治地位。PowerFLOW進行內外空氣動力學模擬的獨特優勢已經使得Exa成為該領域的領先者。
PowerFLOW的主要特點求解快速、完全的幾何細節和瞬態分析–已經使得流體力學模擬成為一種真正可用于生產設計的工具，改變了空氣動力學開發的方式。
主要特點：
高速的流體計算功能
做整車的CAD流體分析時間小于5天；
優化時間小于1天。
無需簡化的CAD模型
考慮完全的外部特征、底盤特征和內部特征；
所有設計細節完全考慮在內。
準確的計算精度
與風洞試驗曲線的完全吻合。
同一個模型可用于多學科的優化
利用同一個模型可進行空氣動力學優化、氣動噪聲優化、散熱分析優化。
可進行參數化研究
在初始結構上增加并減少部件方便地進行參數化研究
全自動生成笛卡爾網格
全自動網格生成節省時間和費用
非定常模擬
真實的瞬態模擬特性能改善功能設計。
多處理器的性能呈線性增加
多處理器機器的性能與單處理器的相比，呈線性增加，可達上百倍。
易于使用
PowerFLOW的使用者無需對CAD及CAE網格劃分有高深的理解，且除了軟件銷售和安裝之外，Exa全球的工程咨詢服務機構會為企業提供全面的咨詢服務。
數值穩定性好
求解結果不依賴于幾何及網格的優劣，不管幾何多么復雜， PowerFLOW都能提供可信的結果。
兼容性好
帶有CAD通用接口，能夠跨平臺使用，PowerFLOW可以用于現有的工程學環境。
除了上述提到的一些通用CFD軟件，還有一些在特定領域起到巨大作用的專業化CFD軟件，這些軟件不僅對于具體工程問題更有針對性，而且方便一些不具備專業流體知識的工程師快速上手使用。
展開 1+8+8 第三屆中國仿真技術產業高峰論壇暨成都（溫江）數字化創新峰會圓滿舉辦
中國工程院院士譚建榮在“數字設計與數字孿生：關鍵技術與發展趨勢”的報告中指出，“數字孿生將是數字化轉型的重要內容，結合物聯網、5G、大數據、云計算、虛擬現實等技術，數字孿生的應用空間正不斷擴展，但在運用中要注意高效協同、無縫銜接。”譚建榮分析稱，在數字孿生和數字化設計中擁有八大關鍵技術：包括復雜裝備多源異構數據轉換與集成技術、復雜裝備幾何-物理-行為-工況建模技術、復雜裝備數字孿生多性能耦合分析技術、大數據驅動下的數字孿生行為仿真技術、復雜裝備全生命周期作業過程仿真技術、智能車間布局規劃與生產調度優化技術、運行狀態可視分析與故障智能預測技術以及基于增強狀態的維修維護操作導航技術。面向未來，譚建榮認為數字孿生存在三大發展趨勢。首先是擬實化趨勢，涉及多物理建模。“產品數字孿生體在工業領域應用的成功程度，取決于產品數字孿生體的擬實化程度，研究如何將基于不同物理屬性的模型關聯在一起，是建立產品數字孿生體、繼而充分發揮產品數字孿生體模擬、診斷、預測和控制作用的關鍵。”第二個趨勢則是全生命周期化，亦即從產品設計和服務階段向產品制造階段延伸。譚建榮指出，現階段有關產品數字孿生體的研究主要側重于產品設計或售后服務階段，較少涉及產品制造階段，數字孿生體則將會在產品生產制造階段的研究與應用方面成為全新熱點。此外，集成化、與其它先進技術融合也將成為全新趨勢。譚建榮認為，現階段數字孿生體的各個環節之間仍然存在斷點，如何將數字紐帶技術作為基礎技術，并結合新一代信息與通信技術、大數據分析技術、增強現實（AR）技術等先進技術有機融為一體，是數字孿生的下一個研究方向。
展開 第三屆中國仿真技術產業高峰論壇暨成都（溫江）數字化創新峰會成功舉辦
中國工程院院士譚建榮在“數字設計與數字孿生：關鍵技術與發展趨勢”的報告中指出，“數字孿生將是數字化轉型的重要內容，結合物聯網、5G、大數據、云計算、虛擬現實等技術，數字孿生的應用空間正不斷擴展，但在運用中要注意高效協同、無縫銜接。”譚建榮分析稱，在數字孿生和數字化設計中擁有八大關鍵技術：包括復雜裝備多源異構數據轉換與集成技術、復雜裝備幾何-物理-行為-工況建模技術、復雜裝備數字孿生多性能耦合分析技術、大數據驅動下的數字孿生行為仿真技術、復雜裝備全生命周期作業過程仿真技術、智能車間布局規劃與生產調度優化技術、運行狀態可視分析與故障智能預測技術以及基于增強狀態的維修維護操作導航技術。面向未來，譚建榮認為數字孿生存在三大發展趨勢。首先是擬實化趨勢，涉及多物理建模。“產品數字孿生體在工業領域應用的成功程度，取決于產品數字孿生體的擬實化程度，研究如何將基于不同物理屬性的模型關聯在一起，是建立產品數字孿生體、繼而充分發揮產品數字孿生體模擬、診斷、預測和控制作用的關鍵。”第二個趨勢則是全生命周期化，亦即從產品設計和服務階段向產品制造階段延伸。譚建榮指出，現階段有關產品數字孿生體的研究主要側重于產品設計或售后服務階段，較少涉及產品制造階段，數字孿生體則將會在產品生產制造階段的研究與應用方面成為全新熱點。此外，集成化、與其它先進技術融合也將成為全新趨勢。譚建榮認為，現階段數字孿生體的各個環節之間仍然存在斷點，如何將數字紐帶技術作為基礎技術，并結合新一代信息與通信技術、大數據分析技術、增強現實（AR）技術等先進技術有機融為一體，是數字孿生的下一個研究方向。
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