高保真數值模擬
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-05
高保真數值模擬的實例教程
圖5 溫度云圖
最后，圖6為高壓壓氣機第6級轉子出口處從根部到葉尖總壓比沿葉高的模擬分布，并與固定傳感器和移動探針的實驗測量值進行對比。
圖6 總壓分布對比
結論
經過上述性能與結果分析，我們認為在本次仿真應用中實現了高保真模擬，設計人員可以捕捉部件相互作用造成的復雜現象，并在設計的中后期階段對航空發動機的性能進行合理準確的預測，從而縮短發動機研發周期、降低研發成本。
在第18屆中國CAE工程分析技術年會暨第4屆中國數字仿真論壇上，本次應用斬獲2022數字仿真科技獎“卓越應用獎”。
十四五期間，工業數字化將是工業轉型升級的主路線。“神工坊”秉持“算力賦能、協同創新”的理念，爭做“先進算力到仿真算能的轉換器”、“離散機理和垂直仿真場景的連接器”，助力我國工程仿真技術實現跨越發展，支撐重大裝備研制創新和工業設計研發數字化轉型。
完成人 | 徐全勇 任虎 陳建軍等
撰稿 | 高飛
展開 首先是航空發動機/燃氣輪機模擬需要更復雜精細的燃燒模型，以及需要利用高性能計算資源進行超大規模并行計算的專門優化。第二個原因是當網格和并行規模非常大時，網格生成和后處理也成了一道難以逾越的屏障。目前業界在工程實際中仍傾向于使用基于RANS的低保真模擬，未能將強大的超級計算資源應用于航空發動機的真實模擬。</p><h3> 2.在先進超級計算機上，異構眾核處理器訪存帶寬受限 </h3><p class="ql-align-justify"> 從2010年開始，異構眾核處理器成了高性能計算中的主流硬件架構，例如GPU或Intel MIC。“神威·太湖之光”是另一種異構系統，組成它的SW26010芯片采用片上融合的異構眾核架構，如圖2所示，每塊芯片由四個核組組成，每個核組包含一個主核和64個從核。相比于多核架構處理器，異構眾核處理器一般訪存帶寬受限，SW26010在此方面更加顯著，并且非結構網格數據分散，因此非結構網格程序在SW26010眾核處理器上難以獲得較好的性能。
展開 導讀
「神工坊」核心技術——「SimForge HSF?高性能數值模擬引擎」支持工程計算應用的快速開發、自動并行，以及多域耦合、AI求解加速，目前已實現航發整機數值模擬等多個系統級高保真數值模擬應用落地，支持10億階+、100w+核心量級的高效求解。其低代碼開發能力，可面向復雜裝備、中小企業專用仿真場景，快速開發定制仿真應用。
本文將通過“UAVSim無人機仿真APP”案例，帶您深入了解「神工坊」團隊，如何基于「SimForge HSF」，針對具體場景開發垂直應用，使產品經理也可上手操作無人機數值仿真。
一、客戶需求分析
1. 行業背景
無人機廣泛應用于軍事偵察、民用航拍、物流配送、農業植保、應急救援等諸多領域，其市場規模呈現出爆發式增長態勢。隨著應用場景的不斷拓展和深化，對無人機的性能、可靠性和安全性提出了越來越高的要求，這使得無人機的研發設計面臨著前所未有的挑戰。
2. 客戶痛點
? 精確建模與分析難度大
在空氣動力學方面，精確模擬無人機在不同飛行狀態下的氣流特性是確保飛行性能的關鍵。然而，氣流與無人機機體及旋翼之間的相互作用極為復雜，受到飛行姿態、速度、環境風等多種因素的影響，準確建模和分析難度極大。
? 實物試驗成本高、代價大
在研發流程中，傳統的設計方法主要依賴實物試驗和經驗積累。但實物試驗成本高昂且耗時費力。
? 經驗設計研發周期長
經驗設計在面對新型無人機的創新設計需求時，缺乏科學依據和理論支持，難以快速準確地確定最優設計方案，導致研發周期延長。
二、解決方案設計
1.
展開 據外媒報道，美國德克薩斯大學奧斯汀分校（UT-Austin）安裝了一個完全集成式的高保真Cruden駕駛模擬器，以對自動駕駛系統學術研究提供協助。
德克薩斯大學奧斯汀分校的一個汽車駕駛員在環（driver-in-the-loop）模擬器上已經安裝了Cruden。奧斯汀分校的Walker機械工程系是北美最知名的研究機構之一，該系將利用Cruden AS1基于動作的系統，在其硬件在環（HIL）測試設置中添加人類駕駛員輸入，以研究自動駕駛汽車控制系統的性能。
德克薩斯大學奧斯汀分校需要一個結合了HIL和駕駛員在環（DIL）系統的汽車模擬器，即一個定制裝置，可輕松、無縫地呈現多種駕駛環境和車輛類型，并且盡可能地接近現實。
該Cruden模擬器集成了奧斯汀分校現有的dSpace Scalexio模塊化實時硬件仿真系統以及dSpace ASM車輛和交通模型。該系統可用于多智能體模擬，以評估智能車輛的交通情境，包括評估復雜的車輛動力學。
將多智能體模擬與DIL模擬結合是業界首創，可實現在主客觀場景進行車輛測試，以及研究未來移動出行項目，可以呈現真實現實場景，但是有人類在模擬器后面進行操作。
展開 整體測試結果表明，HSF-SAMR在超大規模并行場景下仍能保持高效計算能力，為高保真復雜流場模擬提供了有力支撐。</span></p><p><br></p><p> 將HSF-SAMR 應用于“風神NF3”，NF-3風洞網格加密層級7，總網格數達到30.3億。在翼型吹風測試中，實現了對測試對象的網格自適應，以及全風洞流場的模擬。
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通過 PyAnsys-Heart，研究人員可以在統一框架內引入電激動傳播、心肌收縮與血液系統循環等關鍵生理機制，實現對心臟整體行為的高保真數值模擬。這為研究心律失常、心肌病變以及裝置交互（如起搏器、瓣膜或導管）提供了強有力的工具支持。同時，該自動化流程大幅縮短了從影像到仿真的準備時間，為構建大規模虛擬心臟隊列、推進 in silico 臨床試驗奠定了技術基礎。
<p class="ql-align-center"><br></p><p><img class="ztext-gif" width="640" role="presentation" src="https://pic1.zhimg.com/v2-4535bc19aaf1c155e5894f226a8af668_b.webp" data-thumbnail="https://pic1.zhimg.com
導讀
「神工坊」核心技術——「SimForge HSF?高性能數值模擬引擎」支持工程計算應用的快速開發、自動并行，以及多域耦合、AI求解加速，目前已實現航發整機數值模擬等多個系統級高保真數值模擬應用落地，支持10億階+、100w+核心量級的高效求解。其低代碼開發能力，可面向復雜裝備、中小企業專用仿真場景，快速開發定制仿真應用。
color: rgb(15, 133, 214);">“超算+AI”</strong>技術組合，實現了物理風洞的<strong style="color: rgb(15, 133, 214);">“三重孿生”</strong>——1:1幾何建模刻畫完整風洞構型和幾何細節實現<strong style="color: rgb(15, 133, 214);">“幾何孿生”</strong>；高性能計算支撐高保真數值模擬實現
<p>個人歷時多年，面向結構力學等多物理耦合場的仿真工作流，涵蓋建模、網格、材料、邊界條件、求解器耦合、前處理、后處理、工作流自動化、以及性能與擴展性方面的考慮，發布一個前后處理可視化框架。</p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center"><figure class="figure-image" contenteditable
<figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202509/attachment/17671f39abab413387596dcf03af61b8
由于性能提升，該軟件可使用10億級網格，在合理的時間內，進行航空發動機全環燃燒室高保真數值模擬。
?
燃燒仿真應用優化加速
參考文獻：
[1] Vincent, P., Witherden, F., Vermeire, B., Park, J. S., & Iyer, A. (2016).
LMFD（Lattice-based Multi-Fluids Dynamics）2.0是由中國科學院過程工程研究所EMMS團隊開發的一款面向多相流體系大規模數值模擬的科研和工程軟件。該軟件在原有版本的基礎上進行了全面升級，具備了更強大的功能和更友好的用戶體驗。
LMFD2.0軟件界面
集成求解器與前、后處理過程：LMFD2.0將求解器與前處理、后處理過程無縫集成在一起，用戶可以在一個平臺上完成從模型構建到結果分析的全過程
基于該框架，實現了航空發動機整機數值模擬等多個系統級高保真數值模擬應用，并行規模達到100萬核心，分辨率達到10億網格級別，填補了市場空白。同時該框架具有低代碼開發能力，可以面向復雜裝備、中小企業專用場景快速開發定制仿真應用。
現場，神工坊項目吸引了不少投資人的關注，投資人就項目的商業模式、核心技術，與任虎先生進行了深入交流。
依托該框架，我們實現了航空發動機整機數值模擬等多個系統級高保真數值模擬應用，并行規模達到100萬核心，分辨率達到10億網格級別，填補了市場空白。”談及團隊的核心競爭力，任虎強調神工坊技術研發團隊緊跟時代發展的步伐，基于高性能數值模擬框架，不僅能夠實現更大規模、更快速度的垂直應用研發，并且能夠自動獲得高性能計算和AI加速能力。
