效率释放：大涡模拟引领车辆设计变革

本文翻译转载于：Cadence blog

作者：AnneMarie

汽车设计领域日新月异，而空气动力学优化是影响峰值性能、燃油效率、行驶里程和可持续性的关键。大涡模拟（LES）是一项前沿的仿真技术，它正在重塑汽车空气动力学设计流程。

什么是大涡模拟

大涡模拟（LES）的主要对象是含能的湍流结构，对能量较小的涡则采用亚格子模型。相比传统的雷诺-平均方程（RANS），LES 可以更深入地分析影响车辆空气动力学和声学性能的复杂流动。

湍流复杂性分析

汽车空气动力学涉及的湍流环境非常复杂，因为车辆周围的空气流动会受到各种因素的影响。LES 擅于通过呈现细致的湍流结构来揭示这些复杂性。精度的提升使工程师能够分析细小涡旋结构和涡流对阻力、升力和整体气动效率的影响，并利用气动声学结果表征外部噪声源。

设计精度

LES 的主要优点之一是能够更准确地预测气动力和力矩。通过捕捉流场细节，精准量化设计变更对性能的影响，工程师可以根据更精确的仿真数据做出正确的设计决策。精度的提高减少了对物理样机的依赖，节省了宝贵的时间和资源。

符合真实环境

真实场景中的汽车空气动力学性能不同于受控理想环境的结果。模拟现实世界的参数很重要，诸如车轮旋转、地面效应、侧风和复杂的几何形状特征。LES 模型可以更精确地捕捉相关参数的影响，其中很多都与非定常的流场相关。模拟的真实性对于在复杂且不可预测的条件下运行的车辆至关重要，可以进一步增强车辆的整体安全性和稳定性。

计算强度

尽管 LES 精度更优，但其计算成本与 RANS 相比也水涨船高。湍流结构的详细模拟需要大量的计算资源，并影响其在特定应用中的可行性。

边界处理：近壁面区域的模化处理

传统上，LES 在壁面附近需要非常精细的网格分辨率才能准确捕获近壁面区域的湍流结构，高分辨率导致计算成本的上升。近壁面区域模化处理（WMLES）采用壁面模型来捕捉近壁面的湍流，它支持更粗的网格从而能获得更高的计算效率。这一创新在精度和效率之间取得了平衡，工程师能够在控制计算量的情况下实现高精度仿真，使其成为复杂汽车空气动力学和气动声学研究的可行方案。

Fidelity CFD 加速 LES 模拟

Cadence Fidelity CharLES 求解器在不牺牲精度的情况下最大化仿真迭代效率来应对 LES 的仿真挑战。GPU 加速降低了计算成本，使其能够适用于实际的工程应用。工程师可以在几个小时内实现整车 LES 仿真。交互式界面和详细的后处理能力有助于高效分析 3D 流场的复杂细节，提取有价值的流动信息。

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综上所述，大涡模拟是汽车空气动力学和气动声学设计与开发领域的变革者。LES 可以剖析湍流详细结构、提高精度、处理真实场景的流动条件，并推动设计创新，成为新一代汽车设计的基石。随着 LES 应用的普及，我们将迈向汽车设计无缝融合精度、效率和可持续性的未来。

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