LBM&PowerFLOW簡(jiǎn)介

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LBM:格子玻爾茲曼法Lattice Boltzmann Method格子玻爾茲曼法（Lattice Boltzmann Method）簡(jiǎn)稱(chēng)LBM，是一種CFD算法，可求解流動(dòng)、傳熱等常見(jiàn)CFD問(wèn)題。LBM基于格子玻爾茲曼方程（LBE），從介觀尺度（mesoscope）描述了流體運(yùn)動(dòng)。LBE的通用表達(dá)形式為：式中，左邊為遷移項(xiàng)（streaming term），右邊為碰撞項(xiàng)（collision term），fi 為粒子分布函數(shù)。對(duì)粒子分布函數(shù)進(jìn)行積分處理，可得流體密度、宏觀流體速度、流體壓力等宏觀物理量。目前市場(chǎng)主流還是FVM（有限體積法），LBM應(yīng)用雖然相對(duì)較少但呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)，特別是氣動(dòng)聲學(xué)等對(duì)湍流計(jì)算準(zhǔn)確性要求較高的領(lǐng)域。PowerFLOWPowerFLOW是EXA公司開(kāi)發(fā)的基于LBM的CFD仿真軟件。在2017年，達(dá)索系統(tǒng)收購(gòu)EXA后，PowerFLOW正式并入達(dá)索系統(tǒng)SIMULIA產(chǎn)品線。得益于多年不斷地更新和進(jìn)步，PowerFLOW已是成熟穩(wěn)定的基于LBM的商用軟件，其主要應(yīng)用于空氣動(dòng)力學(xué)性能分析、氣動(dòng)噪聲分析、熱管理等領(lǐng)域。PowerFLOW汽車(chē)氣動(dòng)仿真

PowerFLOW的飛行器噪聲仿真

相對(duì)于FVM，LBM的優(yōu)勢(shì)：01湍流計(jì)算準(zhǔn)確性更好

FVM常用離散格式均存在不同程度的數(shù)值耗散。LBM的數(shù)值耗散不明顯，湍流計(jì)算效果更好。

02并行性能更好

由于LBM是線性方程，且各個(gè)部分耦合較弱，其并行性能更優(yōu)，且適合于GPU運(yùn)行。

達(dá)索系統(tǒng)官方測(cè)試結(jié)果（來(lái)源：blog.3ds.com/brands/simulia/accelerating-concept-design-PowerFLOW/）

03前處理更簡(jiǎn)單LBM的空間離散單元為格子，其空間離散形式為類(lèi)似于笛卡爾網(wǎng)格的六面體。LBM的前處理無(wú)需進(jìn)行邊界層網(wǎng)格劃分工作，可顯著節(jié)約手動(dòng)工作量。對(duì)于PowerFLOW的前處理，僅需要STL格式曲面定義固體表面及網(wǎng)格加密區(qū)域即可，其空間離散在求解階段在后臺(tái)進(jìn)行處理。達(dá)索系統(tǒng)官方基于項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，對(duì)PowerFLOW前處理開(kāi)發(fā)了各行業(yè)的自動(dòng)化腳本。

基于PowerFLOW的汽車(chē)外氣動(dòng)仿真前處理流程

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