5 月 ，以“匯聚全球目光，助力零碳排放”為主題的 2023 國際渦輪技術大會（TURBINETECH 2023）在上海成功舉行。大會秉持推動航空及燃氣渦輪行業邁向更加高效清潔未來的愿景，專注未來航空及燃氣渦輪行業進步的戰略目標——領先的航空及燃氣渦輪動力系統，持續推動航空及燃氣渦輪行業去碳化發展。

本屆大會有超過 600 位杰出行業代表齊聚上海，與來自全球優秀的航空和燃氣渦輪領域的從業者匯聚一堂，共同探討未來十年行業發展新未來。

演講時刻

在 2023 國際渦輪技術大會上，Cadence（楷登）產品群總監 Yannick Baux 發表了主題為《應用于渦輪機械行業中的先進 CFD 技術》的精彩演講。他表示，Cadence Fidelity CFD（計算流體力學）是新一代高性能、高精度、多物理場仿真軟件平臺，適用于渦輪機械、航空航天、汽車、船舶等多個垂直領域。

Fidelity CFD 軟件引入了具有高階數值、尺度解析仿真和大規模硬件加速的下一代流求解器，可提高仿真性能并加快周轉時間，且不會降低精度。其渦輪機械解決方案涵蓋 U-RANSRANS 流量仿真、非結構化網格、多塊結構化網格、高保真度仿真、結構分析、初步設計、設計優化等多種方法。

統一用戶界面

Yannick Baux 介紹說，Cadence Fidelity 軟件平臺中所有的工具都采用統一的用戶界面，使用 Python API 實現從葉片設計到網格劃分再到仿真和優化的全流程方案，有助于提高生產力。高性能計算體現在 HPC 分布式網格劃分/求解、GPU 加速和 Cadence OnCloud 可擴展仿真三個方面。求解器包括 RANS、DES、LES，實現從低速到高超聲速流動仿真。

幾何清理和網格劃分，高效與質量兼得

Yannick Baux 表示，Fidelity CFD 軟件業界領先的幾何清理和幾何導入，支持 CAD、STL 等絕大多數文件格式，同時將 CAD 與葉輪機械拓撲、幾何結構與葉輪機械拓撲結構相關聯，實現 CAD 裝配零件樹狀結構的可視化；所有網格劃分和仿真參數都在拓撲結構上設置，還可以用相同的設置實現設計地快速替換。

實現更快、更準確的葉輪機械仿真

Yannick Baux 說，Fidelity CFD 顯著提高了所有垂直行業的流體動力學性能和準確性，可實現所有流型下的快速收斂。其壓力基求解器針對泵、風扇、鼓風機、風力渦輪機、螺旋槳、壓縮機、汽輪機、燃氣輪機等；其密度基求解器擁有空間和時間上的二階精度；適用于大長寬比的網格，強大AMG線性求解器可以對邊界條件和連接做完全隱式處理，并可在結構化和非結構化算法之間切換，加速幾何多重網格收斂。

Fidelity CFD 在突破傳統 CFD 求解器技術限制方面取得了重大技術創新，下一代高階流動求解器具有先進的流體湍流仿真，預測空氣動力阻力的能力比傳統 CFD 求解器高 10 倍。此外，高精度仿真的收斂時間可以從幾周縮短到一天以內。

Fidelity CFD 的葉輪機械能力還體現在轉靜子交界面、葉輪機械初場給定方式、多物理場方面。

CadenceFidelity Oofelie 和 Fidelity Turbo 在流固耦合方面也有出色的表現。

設計優化工作流程

基于 Concepts NREC 敏捷工程設計系統的葉輪機械初步設計，在多級軸向/徑向葉輪機械的設計與分析中融入了最先進的損失模型、交互式流道改型、葉片設計、滿足特定的設計標準的自動幾何調整、快速評估偏離設計點的性能曲線生成，以及最終三維幾何形狀的詳細設計。葉輪機械初步設計還可與三維 CFD 分析工具無縫集成。

Fine Design3D 是一個多學科葉輪機械穩健設計優化工具，其獨特的 CAE 環境優化軟件融入了嵌入式設計系統、最先進的優化算法、敏感性分析、不確定性分析、多學科優化和穩健的設計優化能力。

高保真度仿真的典型案例

自 Cascade Technologies 加入 Cadence 大家族以來，極大地擴展了高保真 CFD 仿真系統創新產品組合。Cascade Technologies 擁有高保真 CFD 完整軟件解決方案的技術專家，是多物理仿真 GPU 加速的領導者，擁有完全 GPU-resident 求解器，可大大縮短收斂時間，同時有助于提高所設計和制造系統的耐用性和性能。

Yannick Baux 介紹的幾個經典案例包括：NASA 采用 charLES 的全通道仿真的附面層吸入式渦扇發動機案例研究（動態失速）；針對進場條件和低噪聲 OGV 的 NASA 風扇 SDT 基準的 GPU 加速仿真；針對高壓渦輪機葉片傳熱（VKI-expts）的轉捩預測中的雷諾數敏感性；針對羅爾斯·羅伊斯衍生葉片的渦輪氣模冷卻預測（帶共軛傳熱）；NASA E3 燃燒室襯套傳熱預測等。

GPU 加速是高保真 CFD 的引爆點

Yannick Baux 最后強調，GPU 加速已成為高保真 CFD 的爆點，正在改變仿真軟件的創新模式。GPU 加速可以在相同 CPU 成本下實現其9倍的數據吞吐量；在與 CPU 數據吞吐量相同時，成本可降低 9 倍，能耗降低 17 倍。

他認為，NVIDIA 成熟的 SDK 在支持這一轉變方面發揮了關鍵作用，對航空航天、汽車和許多其他行業的設計產生了深遠的影響。

NASA/GE 燃燒室襯套仿真以及渦扇發動機氣動性能和噪聲仿真充分證明：GPU 大幅提高了高保真 CFD 的吞吐能力。