CFD（計算流體動力學）如何運作？

   在了解汽車領域的一些技術細節時，您可能已經多次聽到“CFD”（計算流體動力學）這個詞。在下面的文章中，我們將嘗試以盡可能易於理解的方式解釋 CFD 的確切工作原理，而不會過多地陷入隨之而來的方程式中。

對於初學者來說，差價合約到底是什麼？

計算流體動力學是一種使用某些演算法或其他數值公式來分析流體流動的方法。毋庸置疑，類比某些流體在與形狀清晰的物體相互作用后如何流動所需的數百萬次計算是由超級計算機通過精心設計的軟體完成的。因此，超級計算機越強大，CFD 過程的結果就越準確。

為了繼續我們的論點，我們必須首先非常清楚地說明「流體流動」的結構到底指的是什麼（當然，從汽車的角度來看）。它不僅涉及空氣在某個點圍繞汽車的流動方式（無論是直線還是轉彎時），還涉及汽油在發動機內部燃燒以產生動力的過程（同時也會導致污染）。這就是為什麼 CFD 技術不僅幫助汽車製造商提高其模型的空氣動力學性能，轉化為更好的燃油經濟性，而且還幫助動力裝置製造商限制二氧化碳排放。

CFD 技術的一個重要問題是它不是 100% 有效的。儘管超級計算機可以進行數億次計算，以便更有效地預測流體流動，但最終結果只能出於多種原因進行近似計算：計算次數的限制（取決於超級計算機的能力）、輸入數據不太準確（取決於來自風洞的資訊）或科學知識庫。

儘管如此，考慮到當今技術已經成功達到，目前的超級計算機可以為您提供接近 100% 的空氣動力學問題，或與氣候控制、發動機冷卻或內燃機相關的問題。

基本上，該軟體的作用是將物體（汽車、發動機等）的幾何結構劃分為有限數量的元素或單元（如上所示）。新創建的網格可能會導致 CFD 結果的準確程度降低或提高，具體取決於單元的數量。數位越高，結果越準確，因為軟體將獲得更多數據。

下一步是創建第二個網格，這次表示流體所佔據的體積。它的流動，就像它所接觸的物體一樣，被分成盡可能多的單元，以確定粒子的確切行為。這裡重要的是，超級計算機會將每個單元/元素（隨心所欲地稱呼）作為一個獨立的部分進行分析。這就是為什麼必須將定義的表面和流體流動的結構劃分為盡可能多的單元，因為每個單元都可能以決定性的方式影響整體結果。

之後，計算機將設置一個清晰的圖像，說明流體將如何與初始表面或物體接觸，同時還會強調流體在此過程中遇到的確切問題。最後，進行模擬，此時 CFD 軟體開始研究上述問題的解決方案。無論流體流動過程中出現什麼問題，它都將作為自我可持續元素和臨時狀態得到解決。

CFD 的最後階段是指對結果的分析，當然還有解決方案。

毫無疑問，賽車運動中的 CFD 系統已經達到了全球所有技術應用中的最高精度水準。這主要是對硬體部門進行巨額投資的結果。幾支一級方程式車隊使用的超級計算機已經使基於 CFD 的解決方案在提高汽車的空氣動力學效率、下壓力水平、發動機效率和制動器冷卻方面接近完美。

其中一個例子是 BMW Sauber 在瑞士欣維爾基地使用的 Albert 2 超級電腦。上述機器使用 1,024 個 Intel 處理器內核，總記憶體為 2,048 GB，最大功率為 12,288 GigaFlops（大約每秒 12,288,000,000,000 次計算），必要的軟體由美國 Fluent 的德國子公司提供。

正如英國雜誌 Autosport 在一篇更接近的 Albert 2 超級電腦的文章中所強調的那樣，它每秒的總功率相當於“一整年裡，超過 100 萬人每 3 秒乘以 2 個數位”。