CFD专栏丨高效又轻松，试试基于这种方法的车辆涉水CFD分析？

车辆涉水CFD分析其实就是一个自由液面+运动物体的仿真。传统的NS方程的求解器采用VOF两相流模型+动网格模拟此现象，理论上也是可行的。但是整车模型包含很多细节，前处理比较麻烦，而且计算效率不能让人满意。

SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）光滑粒子法将流体和固体区域都离散为粒子，在拉格朗日坐标系下求解NS方程，瞬态计算在每个时刻更新粒子的位置，自然捕捉到液位的变化，无须求解额外的 VOF输运方程。同时结合GPU高性能计算，可以轻松的分析此类问题。

如果你只有笔记本或入门级的台式机GPU显卡，那只能计算个小模型了，例如单个轮胎的涉水。

但是，如果你有Nvidia A100/V100/RTX8000这类高端显卡，那么就可以计算高保真度的整车涉水模型。

此示例模型为Altair CX1概念车

隐藏车身，三维流线可以清晰显示出雨水在发动机舱内的流动轨迹（时间平均流线）。

固体表面的染色显示，直观查看雨水浸泡表面。

设计变动，对比不同的底护板方案：

通常，整车模型在前处理 SimLab 中只要检查一下泄露（相邻部件可以穿透，甚至允许有小的间隙），即可生成粒子，整个前处理只要1小时。此模型采用8块V100显卡计算18小时（物理时间5秒）。

Altair CX1模型包含了底盘件（图1），还有发动机舱内的复杂装配体（图2）。

图1

图2

在v2021.2版本，前处理 SimLab 可以方便的创建水渠，模拟车辆下坡→涉水→上坡的过程。

这样可以更加真实的模拟物理实验中涉水的场景（图3），后处理也可以选个不同的颜色（图4）。

图3

图4

换个侧面角度观察涉水过程

把前脸单独显示处理，检查雨水的瞬态冲击压力

局部模型+材质渲染查看雨水的飞溅效果：

使用Altair^® nanoFluidX^®可以帮助工程师在设计初期判断车辆关键区域（空调进气口、齿轮箱通气孔、电气设备等等）的进水风险。前处理仅需车身表面STL数据，无需花费大量人工时间清理几何。可以自动创建水渠几何，考虑水深和车速的变化。 

取决于硬件配置，车速和粒子间距，整车涉水模型可以在数小时至2天内完成。后处理不仅可以观测水流动画，也可以采用时间平均法定量的评估流场的时间平均压力，流速和雨水的表面分布面积。