CharLES | 高保真仿真软件

       Fidelity CharLES 是高保真计算流体动力学 （CFD） 求解器，可将大涡模拟 （LES） 的实际应用扩展到航空航天、汽车和涡轮机械的广泛工程应用。

       它旨在应对最棘手的流体动力学挑战，可准确预测气动声学、空气动力学、燃烧、传热和多相方面 CFD 的传统复杂问题。

主要特点：提供准确性、速度和性能的大规模 LES 仿真

快速可靠	高精度
大规模并行和可扩展，能够利用大量计算资源在数小时而不是数天内获得准确的答案。	专为 LES 构建，具有高质量的网格生成、准确稳定的非耗散数值方法以及未解决的物理场的精确建模。
成本效益	应对最艰巨的挑战
可扩展的 GPU 驻留求解器以最佳的性价比和最低的功耗提供最快的结果。	准确预测传统上复杂的 CFD 问题，例如流动分离、过渡、湍流混合和气动声学噪声等。

高保真 CFD 解决方案

Voronoi 网格划分

       预测高保真仿真需要高质量的网格。通过利用裁剪的 Voronoi 图，多面体网格生成器在处理最复杂的几何形状时具有快速、可扩展和强大的功能。用户可以在需要时轻松引入分辨率，对复杂几何形状进行粗略模拟，并模拟移动几何形状。

LES 求解器

       实现 LES 的预测优势需要的不仅仅是打开时间依赖性和更改湍流模型。Fidelity CharLES 在基于 CPU 和基于 GPU 的高性能计算环境中结合了先进的数值方法、模型和极高的可扩展性。

GPU加速

  Y 轴：每个 GPU 的 CPU 内核等效值 （Intel Skylake 2018）

       Fidelity CharLES 在数值方案上提供了高阶求解器，并利用 GPU 计算，仅在两个 GPU 节点上即可在 12 小时内实现大规模 LES 模拟，例如在着陆过程中准确模拟真实飞机。

       利用这些现代计算架构，以相同的成本提供高达 9 倍的计算量，同时将 CPU 的能耗降低 17 倍。

分析

      高保真仿真产生的大量数据降维是一个超级计算问题。Fidelity CharLES 具有多个并行和串行工具来分析这些大型数据集并快速提供答案。

• 提供一组强大的后处理功能，专门用于帮助分析高保真、瞬态数据
• 通过高效、大规模可扩展的 Ffowcs Williams-Hawkings （FW-H） 公式实现来预测远场声学
• 利用定量成像，这是 Fidelity CharLES 的一项独特而强大的功能，它使用自定义元数据丰富了便携式网络图形 （PNG），以快速计算统计数据和模式或突出显示案例之间的差异
• 为图像和全场数据提供各种模态分解方法

应用：预测 CFD 中最具挑战性的问题

气动声学

       气动声学预测与各种工业应用相关，从超音速喷气机到风扇噪声，再到燃气轮机中的燃烧-声学相互作用。即使对于“非常响亮”的噪声，构成辐射噪声的压力波动也比环境压力小几个数量级，并且比与湍流可压缩流相关的近场压力扰动小得多。

       Fidelity CharLES 非常适合捕捉如此重要但低能量的声学特征，这要归功于其采用低耗散和低色散数值方法的非定常仿真功能。

空气动力学

       CharLES可以预测从低马赫到跨音速和超音速的一系列流态中复杂几何形状的空气动力。例如，它可以捕获由于细微的几何设计修改而导致的车辆阻力变化，并识别商用飞机上高迎角翼型失速的发生。

燃烧

       湍流燃烧支撑着我们现代能源经济的大部分。发电、航空、航天和汽车技术都取决于我们混合反应物、释放其能量和管理其副产物的程度。使这些流程更清洁、更安全、更高效，对于驾驭地球的未来至关重要。

       CharLES中的燃烧模型与其先进的数值无缝协作，以提供准确且具有成本效益的湍流反应流预测。这些解决方案以及专门的数据处理工具和分析使燃烧工程师能够更好地了解他们当前的系统，并想象下一代改进的燃烧技术。

传热

       在湍流中，准确预测传热可能很困难，但对许多机器的耐用性至关重要。准确的传热预测需要仔细注意边界层的局部状态、流动分离和重新附着的存在以及向湍流的过渡。CharLES基于 Voronoi 的网格划分技术可以控制边界层网格大小，结合 CharLES 求解器的先进数值方法和壁建模，可以产生绝对热通量预测的可操作结果。共轭传热也可用，对求解器速度的影响最小。

多相流

       在各种工程应用中，准确预测多相流具有重要意义，例如化学和油漆喷涂、石油和天然气运输、冷却剂系统和内燃机中的液体燃料喷射。例如，液体喷射器的高保真仿真可以提供雾化和燃料-空气混合的详细非定常物理场，以设计或优化喷油器，而实验通常只能进行有限的访问。

       CharLES中的多相模型基于先进的流体体积方法，结合拉格朗日喷雾跟踪方法，可有效预测从低马赫到超音速的各种流态的大规模液体结构以及细尺度液滴和颗粒。