HPC加持下，ANSYS气流仿真分析助力赛车速度提升

本篇文章研究的重点是了解空气动力学性能并量化在特定速度下作用于赛车的不同力，以了解气流速度及其对赛车赛车稳定性的影响。

计算流体动力学（CFD）分析可深入了解汽车周围的气流、压力和速度分布，以及计算空气动力所需的参数。工程师们一般会建立具有虚拟驾驶员的赛车的3D CAD模型，因为模型的网格众多，一般会通过HPC资源在ANSYS 19.0仿真环境中生成。
   

CFD模拟过程

1、利用ansys设计建模器，用虚拟驾驶员生成三维赛车模型。在赛车周围模拟空气量，进行外部流动模拟。

2、开发三维赛车的cfd网格模型。从网格面创建组以应用边界条件。

3、将CFD模型导入Ansys Fluent Environment。确定需要建立和运行CFD模拟的核心数。

4、定义模型参数、流体特性和边界条件。

5、定义求解器设置和求解算法。

6、提取赛车上用于计算赛车受力的压力载荷，并评估其在气动力作用下的稳定性。

在HPC资源支持的环境下求解了ansys fluent仿真软件。仿真模型需要在三维赛车几何体周围精确地定义大量的精细网格元素。以下快照将突出显示所考虑的赛车几何体和三维fluent网格模型：

赛车的三维几何结构

ansys fluent中的CFD网格模型

赛车中段压力（左）和速度（右）分布图

图中显示了3D赛车中段的压力分布结果。整个截面的压力分布是均匀的。速度图显示了赛车前缘附近的空气速度变化。空气粒子速度是均匀的，粒子沿着靠近车壁的流线型路径运动。

HPC的测试基准

工程师在256核服务器上进行了外部流仿真，通过提交不同元素数的仿真运行，对服务器性能进行了评估。显然，网格越细，运行模拟所需的时间就越多。通过使用更多的内核可以最小化运行时间。下表突出显示了为256核系统捕获的解决方案时间，该系统的元素数高达1.4亿个元素。

200万网格模型的运行时（秒）

1400万网格模型的运行时（秒）

1.4亿网格模型的运行时

从上图可以看出，随着cpu单元数量的增加，仿真时间大大缩短。使用精细网格模型的64核所需的解决时间是使用相同网格模型的256核服务器所需时间的3.8倍。对于中等数量的元素（约1400万个），64核服务器的性能是正常四核系统在一天完成的模拟作业总数方面的5倍。

对于高精度网格（1.4亿个单元）的计算要求很高，这在普通工作站上几乎不可能实现。hpc为解决高精度网格模型提供了这一优势，并且模拟时间大大缩短，从而提供了在可接受的运行时间（约1.5小时）内获得模拟结果的优势。

HPC资源与仿真的结合，大大加快了仿真项目的进度，并在规定的时间内完成了仿真项目。

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