2019年5月24日上午,e-works首届荷比卢数字化创新之旅考察团来到比利时布鲁塞尔,考察了全球知名的流体力学(CFD)软件和咨询服务企业NUMECA公司。NUMECA是全球旋转机械流体力学仿真领域的领军企业,也是目前国际上最大的独立的流体力学仿真软件公司。比利时王国科学院院士、布鲁塞尔大学流体力学系主任、全球著名的流体力学专家,NUMECA创始人Charles Hirsch教授亲自接待了考察团一行,为考察团成员介绍了NUMECA公司的发展历程,以及主要产品与解决方案。
Hirsch教授亲自接待考察团
关于NUMECA
1992年,为了响应工业界对产品流体力学仿真的需求,Charles Hirsch教授创立了NUMECA公司。公司坚持以技术为导向,一直致力于研发高度集成及用户化的数值模拟软件,也提供工程咨询服务。NUMECA在中国、美国、德国、法国、意大利、俄罗斯、西班牙、日本、韩国、印度、印度尼西亚、波兰、马来西亚等国家和地区设有办事处、代理商和服务中心。目前,NUMECA系列软件被广泛应用于各种流动、流热耦合和流固耦合等方面的数值模拟、创新设计和性能优化,在汽车、航空航天、能源装备、造船等行业的众多领军企业得到广泛应用,尤其是动力装备和能源装备领域的仿真与优化领域成为首选品牌。
Charles Hirsch教授在为考察团成员做讲座
几十年来,Hirsch教授一直致力于流体力学学术研究,他的研究活动包括且不限于气动噪声研究、CAE仿真不确定性技术、CPU加速收敛技术、内部和外部流动计算流体动力学方法研究、叶轮机械内部流动研究、湍流模型研究、航空航天空气动力研究、湍流试验研究、风工程及建筑风效应的试验研究、风力发电系统的研究和生物流体动力学系统的模拟研究等。Hirsch教授高度重视NUMECA在中国的发展,亲自参与了一些欧盟与中国的合作项目。
NUMECA国际公司着力为全球用户提供性能卓越的计算流体力学(CFD)软件、优化设计软件、多场耦合软件和咨询服务。作为公认的创新领航者,NUMECA系列产品被广泛的应用于各种流动、流固等多场耦合和气动噪声等方面的数值模拟、概念设计和性能优化,NUMECA的一体化网格生成平台AutoMesh-4G、加速求解技术的革命性突破Agglomeration & CPU Booster以及快速高精度的非定常流动模拟方法Non-Linear Harmonic等一系列最新技术为客户大大降低了研发成本。
NUMECA做得非常专,致力于把CFD领域做深做透。在其它一些知名CFD软件公司被国际大公司不断并购的背景下,NUMECA始终聚焦CFD领域,为工业界解决不断出现的复杂的工程仿真与优化问题,非常难能可贵。实际上,NUMECA不仅是一家工业软件公司,更是一家工程公司,为企业提供流体力学应用的工程咨询服务、培训,并帮助客户直接做流体仿真的实际项目。同时,NUMECA还与学术界保持着深入的合作,不断解决CFD技术发展中的前沿问题,并在流体仿真领域深度应用了高性能计算(HPC)技术。
NUMECA的产品家族与应用
NUMECA的软件产品家族
谈到NUMECA的产品,Charles Hirsch教授如数家珍,他用通俗易懂的方式为考察团介绍了NUMECA仿真平台--OMNIS平台,FINE系列的CFD求解器,网格生成系统AutoMesh等。
OMNIS是一个多物理场模拟平台,拥有高度集成化的用户环境,并与NUMECA所有软件兼容,在仿真软件里,把实体模型分成的网格越多,则仿真的维度越精细。NUMECA是目前能把模型做到分成网格最多的软件,例如一辆汽车模型,使用NUMECA软件,可以将其分成上亿个网格。OMNIS将设计-网格-仿真-优化-后处理的全套流程整合于同一个界面。通过OMNI环境,用户可以访问各种求解器,实时查看计算状态。
FINE是Flow、Integration、Environment的缩写,FINE系列的CFD解算器软件包括FINE/Agile、FINE/Design3D、FINE/Turbo、FINE/Open和FINE/Marine等。
其中,FINE/Agile用于叶轮机械设计、分析和优化,由NUMECA公司和美国Concepts NREC公司联合推出,将Concepts NREC公司的叶轮机械设计软件融入到NUMECA的FINE系列分析优化平台内,涵盖叶轮机械的整个产品开发流程。这一整体化解决方案能够在不同软件之间实现数据的无缝连接,将数据管理、设计方法植入同一系统之下,从而将叶轮机械的优化设计上升到系统级。
FINE/Design3D专门用于叶轮机械参数化模型的自动优化,是目前唯一将参数化建模技术、现代优化理论(遗传算法、人工神经网络、试验设计方法等)与全三维流场分析技术集成应用的优化设计平台。该软件可用于轴流/离心/斜流/向心式叶轮机械设计造型建模。
FINE/Marine具有高精度的自由液面捕捉功能、能便捷地处理船体运动问题,还具有波浪引入功能,为船舶海洋行业处理复杂界面的绕场流等问题提供了快速精确的解决方案。
FINE/Turbo是一个全二阶精度结构化网格求解器。其基于密度的求解方法保证了快速的流场收敛速度,采用多重网格技术使得计算速度显著提高。对不可压缩流采用先进的预处理技术,并提供了针对透平机械专用的边界及初场给定方法。通过求解时间相关的雷诺平均Navier-Stokes方程组来模拟不可压流体、可压缩亚音流/跨音速流动以及超音速流动等各种速度范围下的流动。
FINE/Turbo求解器
FINE/Acoustics用于振动噪声分析,可以针对流动-结构-噪声进行快速的耦合分析,可以与所有的主流CFD软件和FEA软件集成,从而进行快速、高效的气动和结构噪声分析。FINE/Acoustics的应用范围包括气动噪声、振动噪声、宽频噪声等,能够实现声源提取、声传播/辐射的完整模拟分析,是一个完整的CFD和CAA集成噪声分析平台。
FINE/Open是一个全二阶精度通用网格求解器,广泛用于各种低速、亚音速、跨音速和高超音速流动的模拟。它也是用的基于密度的求解方法来模拟流场。在加速收敛方面其集成了国际上最先进的控制体聚合。多重网格加速技术极大提高了收敛速度。计算过程中还可以进行流场的自适应求解计算。除用于外流等行业外,也在叶轮机械复杂几何求解和多物理场耦合分析方面有着出色表现。此外,FINE/Open还提供了强大的化学反应模拟能力,能够模拟各种复杂的燃烧和化学反应,帮助工程师解决实际的问题,如污染物形成模拟,燃烧火焰模拟等。目前FINE/Open在航空航天、地面交通、叶轮机械、燃烧换热等领域得到广泛应用。
AutoMesh是一款业界功能最为强大的一体化网格生成系统。该网格生成系统包括结构化网格生成器IGG与AutoGrid,非结构化全六面体网格生成器HEXPRESS以及混合网格生成器HEXPRESS/Hybrid,几款生成器各具特点,与主流的CAD软件以及CFD软件均具备接口,用户可根据不同行业和产品需求选择不同的网格划分方式和工具,为用户提供了专业快速的解决方案。
OMNIS/LB采用统计学的方法研究大量粒子运动的规律。相较于传统的计算流体力学方法(如有限差分等),格子玻尔兹曼法在一些方面有其特定的优势。NUMECA基于格子玻尔兹曼方法推出了FINE/LB求解器,为相关工程实际问题提供了完备的解决方案。它采用统计学的方法研究大量粒子运动的规律,算法简单,简单的线性运算加上一个松弛过程,即可模拟各种复杂的非线性宏观现象基于粒子的无网格动力学算法,能够更加真实地分析存在复杂几何细节的流动特性。广泛应用于动力传动系统、齿轮箱、离合器、轴承、容积泵、血液流动、骨间质流动、可变形膜与周围流体的相互作用等。
而Wind Tunnel CFD则是NUMECA公司与ALGORIZK公司联手开发的计算流体力学可视化APP。用户可以用它来实现查看雷诺数对旋涡脱落的影响、了解攻角对二维翼型的升阻力的影响、观察自定义几何的流动情况等有趣功能。此外,NUMACA还有LightWave Studio软件可以对光波和电磁进行实时仿真,查看辐射,衍射和折射现象。
在近期的NUMECA公司的《Resolve》期刊上,展示了客户应用NUMECA系列软件的典型案例,包括法国A2V公司进行船舶水动力学分析,本田汽车对CR-V车型的发动机舱和底部车身进行热仿真,法国格勒诺布尔液压机械研究测试中心对柱塞泵进行瞬态流动模拟等。这些企业应用NUMECA系列软件实现了超快速、全耦合和高精度的仿真与优化设计,取得显著成效。
法国A2V公司应用NUMECA FINE/Marine软件进行水动力学数值模拟
本田CR-V汽车前部的静压分布和外部空气动力学视图
后记
Hirsch教授的讲座让我们体会到NUMECA不但自身实力强大,而且还善于与各种专业公司合作,利用自身对流体的领域的优势,加上合作伙伴对特定行业的经验,开发出了各种专业级的软件产品。多年来,Charles Hirsch教授一直在他所擅长的领域耕耘,专注于解决旋转机械类产品的仿真与优化技术。正是有了这样的专注和坚持,才能使得这样NUMECA做到细分领域的第一。我们去考察那天,正赶上NUMECA公司举行内部的团队活动,作为高科技软件企业,NUMECA非常强调以人为本。NEMECA公司总部环境很好,有浓重的科研氛围。在这种环境下,研发人员可以真正沉下心来,不断研发创新型的软件产品和解决方案。此次考察期间,我们还与Hirsch教授探讨了高校教授创业和创新企业管理等问题,Hirsch教授也耐心地给予解答。NEMUCA公司的考察和Hirsch教授的亲自接待,给此次e-works组织的首届荷比卢数字化创新之旅画上了圆满的句号。
NUMACA公司的后院