2022 年 10 月，軟件第五屆中國國際透平機械學術會議（CITC）在昆明古滇名城皇冠假日酒店隆重召開。平臺
本次 CITC 會議的助力真多主題之一，是工程在能源轉型、各類新能源應用崛起的師仿新形勢下，探討透平機械產業所面臨的物理新機遇、新挑戰。系統性在這兩年一度的軟件全國乃至全球透平機械產業界盛會上，Cadence（楷登電子）展出了其 Fidelity CFD 軟件平臺，平臺獲得參會人士廣泛關注與好評。助力真多
透平機械（Turbomachinery）是工程對具有葉片的動力式流體機械統稱，其共同特點是師仿葉輪作高速旋轉運動，工質（氣體或液體）與葉輪之間產生力的物理相互作用，借以實現能量轉化，系統性從電腦主板散熱風扇到風力發電機、軟件航空發動機，在生產生活中有著廣泛應用。
從其基本原理也不難看出，透平機械的性能很大程度上取決于葉輪設計，而這樣的設計除了傳統風洞試驗外，正越來越多依賴于計算流體力學（CFD）軟件仿真手段。
不過 CFD 軟件在實際運用上，一直以來始終存在不少“痛點”，如：
流動、傳熱、組分擴散等多物理場的前處理、求解、后處理往往需要使用不同軟件廠商的工具自行整合開發流程，數據、模型與工程文件之間的轉換銜接費時費力；
商業軟件求解器精度不足，以至于工程師往往需要二次開發自行編寫；
軟件無法有效調度利用并行計算架構資源，算力限制下開發人員往往不得不簡化幾何、網格，以將求得收斂結果的周期壓縮到有意義的程度。
Cadence 此次展出的 Fidelity CFD 軟件平臺，則為上述“痛點”提供了一站式解決方案。
這一今年 4 月份推出的新一代高性能、高精度、多物理場仿真軟件平臺，是首款同時具有高階數值格式、尺度解析湍流模型和 GPU/ CPU加速功能的商用 CFD 軟件平臺。適用于多種工業領域，包括汽車、透平機械、船舶、航空航天等。Fidelity CFD 也標志著一個全新架構體系的創建，是 Cadence 積累的計算軟件專業知識和此前收購的兩家專業 CFD 公司技術經驗全面集成的結晶。
作為對前述 CFD 領域應用“痛點”的回應，Fidelity CFD 將全流程先進工具結合在一起，統一的工作流程免除了工具間的數據傳輸，助力工程師通過一體化的 Workflow 更好仿真多物理場的系統性能。
Fidelity CFD 引入了新一代流體求解器，包含專門用于船舶和透平機械應用的流體求解器，以及用于多種流體類型的通用流體求解器。
該求解器可提供高階數值格式、尺度解析仿真和大規模硬件加速功能，可助力提高仿真性能，在確保準確度的同時縮短研發周期，以更快的求解速度獲得更高精度的預報結果，求解器穩健性和自動化程度的提升還使其能夠支持多學科仿真，可對同一幾何模型同時進行多物理場仿真。
資料顯示，其預測汽車空氣動力阻力的精確度可比傳統 CFD 求解器提高 10 倍，仿真分析周期則可以從數周縮短到一天乃至更短。
尤其值得一提的是，Fidelity CFD 引入了獨特的網格生成技術。一直以來，幾何處理和網格劃分等前處理自動化程度非常有限，占據了 CFD 工程師 75% 的工作時間，而 Fidelity CFD 創新性的網格生成技術可以極大提高效率，網格生成流程幾乎無需用戶參與，可以將這一環節耗時從數天縮短至數小時。根據 Cadence 資料，其網格生成器可以使針對商業和軍用飛機以及太空運載火箭周圍流場的網格劃分速度加快 3 倍。
此外，Fidelity CFD 還可以在現有的和新一代基于 GPU 的高性能計算（HPC）平臺上高效運行。
利用 Fidelity CFD，開發人員可以解決道路車輛的風噪問題，提高新一代飛機航程，優化風力發電機和燃氣輪機的氣動性能，減少船舶的燃料消耗，能夠在保持高準確度的同時顯著縮短設計周期。
在 F1 方程式賽車這一全球頂級競速賽事中，圈速縮短幾分之一秒就意味著巨大的競爭優勢，各大車隊在賽車空氣動力學設計上也因此毫不吝惜投入，展開了激烈的“軍備競賽”，對 CFD 軟件也有著極為“挑剔”的篩選眼光。
Fidelity CFD 甫一推出，就吸引了 F1 老牌車隊邁凱倫的關注，在今年 5 月宣布與 Cadence 結成技術合作伙伴，選用 Fidelity CFD 用于改進其賽車空氣動力學特性。
在另一項全球頂級航海賽事——美洲杯帆船賽中，日前也有包括衛冕冠軍新西蘭酋長隊在內的三支參賽隊伍宣布選擇 Fidelity CFD 用于提升其比賽船只的航行性能，新西蘭酋長隊曾在 2013 年以突破性的水翼技術一舉奪冠，船體下方的水翼由于可以抬升船體，減小浸潤面積，大幅提高水動力效率，業已成為各支隊伍競爭的技術熱點，四冠王新西蘭酋長隊與 Cadence 的攜手，足以反映出后者在 CFD 軟件領域的技術實力。
除了傳統應用領域，近年來新能源產業的蓬勃發展，也為 CFD 軟件開辟出不少全新的應用市場。以透平機械為例，隨著風電光伏發電量提升，電網負載的動態平衡日益成為迫切的課題，削峰填谷的電網級儲能未來將有廣闊發展前景，在電化學技術路線之外，無論是當前主流的抽水蓄能，還是新興的壓縮空氣儲能（CAES），都需要高效的透平機械以減少損耗，實現儲能效率，也為相應場景下透平機械設計帶來新的約束條件，更高精度、更高效率的 CFD 軟件平臺，無疑可以幫助透平機械廠商更快更好地捕捉新興市場機會，實現轉型升級發展。
隨著 Fidelity CFD 的推出，Cadence 已經向外界展現了向流體仿真等更廣泛系統設計領域拓展布局的意愿和能力。事實上，這樣的拓展也正符合自動化、智能化融合發展的產業變革深層邏輯，并已成為越來越多系統廠商自覺或不自覺的實踐方向，依托數十年來持之以恒的內部研發與外延并購，Cadence 始終行進在產業潮流的最前沿，并已成為電子系統設計（ESD）向智能系統設計（ISD）進化的領導者。
審核編輯：彭靜
