索辰LBM流体仿真软件是一款基于介观格子玻尔兹曼方法（Lattice Boltzmann method，LBM）的仿真软件。该软件采用4阶耗散精度算法，兼具高数值稳定性和高精度，在瞬态湍流模拟和气动声学计算中表现出色，特别适用于汽车风阻优化、低速飞行器设计等工业领域。
支持面向汽车领域的专用参数化建模与优化功能
支持调用CAD Python API接口批量建模功能
支持高数值稳定性和高精度的LBM流体仿真算法
支持高效的大规模GPU并行仿真计算方案
在现代汽车设计中，空气动力学性能是影响能耗效率、驾驶稳定性和行驶噪音的关键因素，优化空气动力学可以显著提升续航里程和整体性能。索辰科技自主研发的LBM流体仿真软件，基于先进的格子Boltzmann方法和多后端并行计算技术，为汽车空气动力学分析提供了强大的解决方案，不仅大幅缩短了计算时间，还提升了模拟的精度和可靠性。基于索辰LBM流体仿真软件的性能优势，设计师能够快速迭代优化设计方案，为消费者提供更高效、更舒适的驾驶体验。
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案例描述
本案例计算的汽车几何模型为DrivAer Fastback标准模型。车身长度为4.61米，迎风面积为2.16平方米，几何外形和底盘细节如图所示。
图1 DrivAer汽车几何外形和底盘细节
设定来流风速为16米/秒，最细网格加密层级达到6层，最小网格尺寸仅为5毫米。除了车身采用最高加密层级外，车头、尾部和后视镜等关键位置也布置了不同层次的加密区域。加密区域的几何形状和位置如图所示，由于整个计算域较大，未在图中显示。
图2 加密区域的几何形状和位置
索辰LBM流体仿真软件内置快速的空间局部加密网格生成功能。本案例的直角网格生成效果如图所示，总网格数约为6000万。在AMD Ryzen 9 7900X CPU的24线程下，生成该网格仅耗时22秒。
图3 DrivAer汽车直角网格生成效果
后视镜区域的局部网格加密效果如下：
图4 后视镜区域局部网格加密效果
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仿真结果
索辰LBM流体仿真软件采用高阶cumulant LBM方法，并基于湍流边界层理论对近壁流动进行精确建模，显著降低了对近壁网格精度的要求。在外部流场中，使用高精度低耗散的数值方法进行大涡模拟（LES），确保对大尺度湍流结构的准确捕捉。下图展示了汽车底盘的瞬态表面压力系数和底盘位置处流场切片上的速度云图。
图5 汽车底盘的瞬态表面压力系数和底盘位置处流场切片的速度云图
除轻量化的切片输出外，软件还支持内置的时间平均功能，帮助用户了解稳态流场特性。在本案例中，从物理时间1秒开始对流场进行平均，到计算结束时约1.84秒时刻的时均流场和车身表面压力分布如图所示。
图6 时均流场和车身表面压力分布
为了验证索辰LBM流体仿真软件的精度，下面提取了时间平均的车身上表面中轴线的表面压力系数，与实验数据进行对比，如图所示，仿真计算结果与实验结果高度一致。
图7 显示仿真计算与实验结果对比
从计算结束时输出的三维流场中提取Q准则的等值面，可以观察到精细的涡结构。本案例使用一块NVIDIA H20 GPU计算物理时间1.84秒，共耗时约50分钟，展现了索辰LBM流体仿真软件强大的并行计算能力。本案例展示了该软件在处理复杂空气动力学问题时的卓越性能，其高效的计算能力和精确的模拟结果，为工程师提供了可靠的工具来优化汽车设计。未来公司将继续推动仿真技术不断发展，为汽车行业的创新贡献力量。
图8 Q准则的等值面
（转自：索辰科技）
