PowerFLOW是基于格子玻尔兹曼方法（LBM）开发的CFD软件，它能够比物理实验或者传统的计算流体力学（CFD）方法更可靠、更准确、更精密地仿真和分析流体流动现象。使用PowerFLOW，一个全细节的几何模型可以同时用于空气动力学、风噪声和热管理的仿真，这种分析方法节约了工作时间和成本，并使得多学科分析、协作和优化成为可能。 PowerFLOW二十余年来专注于提供CFD工具，在空气动力学、风噪声、热管理和乘客舱环境控制等领域拥有行业优选的解决方案。SIMULIA的CFD技术团队具有大量的工程实践经验。Power FLOW能够精确计算众多交通运输行业中和流体流动相关的设计问题： ▪外流场：气动效率、车辆操控性、除尘和水管理、面板变形、驾驶动力学； ▪风噪声：乘客舱风噪声、底盘风噪声、缝隙／密封风噪声、后视镜、啸叫和单一频率的噪声、天窗和侧窗颤振、路过／远场噪声、冷却风扇噪声； ▪热管理：冷却气流、热保护、制动器冷却、驾驶循环仿真、熄火浸置、电器和电池冷却、进气温升／进气口布置； ▪环境控制：乘客舱舒适性、空调箱和分风系统性能、HVAC系统和风扇噪声、除霜除雾； ▪动力总成：动力总成冷却、排气系统、冷却水套、发动机缸体； ▪污水管理：A柱溢水、灰尘堆积、轮胎喷雾。
PowerFLOW经过了数十年的发展，用于仿真高度复杂的车辆（包括完整列车编组）的空气动力学、空气热力学和气动声学现象等高保真流体行为。其具有高度自动化、可扩展到数千个计算核心、可以处理复杂几何形状且不需要手动生成体积网格等优势。PowerFLOW支持GPU加速甚至还可处理极其庞大的轨道车辆等相关问题。PowerFLOW提供清晰、高分辨率的3D可视化，使空气流动、热分布和噪声传播可见，便于工程师理解问题的根源并制定行之有效的解决方案。自动实验设计（DoE）和优化可以快速探索众多不同的场景，包括难以在试验中进行测试的场景，并找到优解。
下面以轨道列车为例讨论PowerFLOW的流体应用场景： ▪克服列车风阻 列车上存在许多潜在的阻力源，不仅在编组前部，还有后部、车厢或货车之间的间隙、列车底部、电动列车的受电弓以及货运列车上的货物等处。货运列车可能长达一英里，并搭载数百个集装箱。每个集装箱都会在其后方形成湍流涡旋，聚沙成塔为整体阻力带来显著影响。 轨道车辆制造商可以使用SIMULIA PowerFLOW来优化机车和货车的流线型设计，而铁路公司也可以使用它来优化不同运营场景下的性能并节省燃料。仿真能够帮助货运运营商统筹集装箱及其它们之间的空间，额外采取空气动力学整改措施以减小阻力。市场上已有卡车等运输行业正在使用PowerFLOW来改善车辆的空气动力学特性，这意味着轨道交通行业也需要改善车辆阻力以保持其竞争优势。
▪列车噪声 当全球首条高铁专线开通运营时，附近居民时常抱怨听到类似枪声的噪声。工程师们意识到，列车通过隧道时，车头会将空气压缩成激波。必须重新设计机车以改变其空气动力学特性，隧道入口则采用遮罩和穿孔板装置加以防护，起到类似消音器的作用。气动噪声是列车上的主要噪声来源之一。 噪声可能在任何导致湍流的列车部位产生，也会在列车空气动力学尾迹与桥梁、架空电气化设施等道旁结构相互作用时产生。仿真分析可识别这些噪声源，并帮助设计人员通过空气动力学改进或隔音手段来减轻噪声影响。SIMULIA PowerFLOW具有与空气动力学紧密耦合的空气声学仿真能力。用户可以在列车周围的任意采样点计算噪声水平，甚至可以仿真列车自身的噪声，以精准了解乘客的体验。
▪列车热管理与环境控制 发动机、电机、变压器和制动器都能产生大量热量，在各类气候条件下，无论是在运行时还是停车时，都需要配以有效的散热措施。仿真能够助力设计重型机械的风扇和冷却系统，对发动机内的空气流动和热分布进行建模。此外，SIMULIA PowerFLOW也能对风扇和通风口处的噪声进行建模。仿真能够减少设备热失效的风险，并支持工程师根据目标优化成本和重量，设计适合应用场景的冷却系统。工程师甚至还可以仿真冷却系统风扇的噪声，并采取降噪措施。 此外，SIMULIA PowerFLOW还可用于设计轨道车辆驾驶室和乘客空间内的供暖、通风和空调（HVAC）系统。在这类场景中，设计需求包括处理空气的均匀分布、驾驶室的通风以及乘客感知到的噪声。
XFlow XFlow流体仿真软件是具有革命性的新一代CFD软件。基于格子波尔兹曼方法(LBM)，突破了传统网格方法的瓶颈，可以有效求解几何域中涉及运动机构、自由表面、流固耦合等复杂的计算流体动力学问题。易于使用、无需网格、并行边界条件处理简单、模拟精确。 软件特点 ▪前处理器、求解器、后处理器集成在同一个用户界面内。可以通过移动工作窗口以及选项来配置用户界面布局。粒子法简化了整个分析流程，将算法参数小化，避免了冗长复杂的网格划分过程； ▪支持复杂边界条件和物理过程分析：耦合换热、跨/超音速流、多孔介质、非牛顿流、多相流等； ▪善于分析物体运动过程和自由液面的流动：包括波浪、刚体、强迫或约束运动条件下的流场变化； ▪自适应的尾流跟踪和细化（Adaptive wake refinement）：靠近壁面自动提高精度，动态追随尾迹发展过程； ▪气动声学分析：不需要人为地稳定或跟踪自然压力波的演变，直接进行声波分析； ▪近乎线性的并行计算加速性能：XFlow使用近似线性的可扩展能力，对于多核心技术实现的平行处理。
XFlow主要功能及应用 ▪单相流动模拟 ▪自由表面流动模拟 ▪多相流模拟 ▪声学分析 ▪热分析 ▪非牛顿流动 ▪共轭热传导 ▪热辐射 ▪复杂边界条件 ▪包括多孔介质和风扇模型 ▪真实移动部件、流固耦合（FSI）、污染物扩散 以传动系统润滑仿真为例讨论XFlow的应用：重型机械中将近五分之一的故障是传动系统润滑不足导致的。而优化变速箱的润滑以减少油致阻力矩能够显著提高能效高达10%以上。因此，加强对传动系统润滑的分析、优化有望大幅改善汽车及工业设备等行业的运作效率，但也正因传动系统的润滑设计的重要性不言而喻，对于优化方式和平台的选择，更需慎重考虑。 ▪集成建模与仿真 – MODSIM 用户可以通过POWER’BY连接器轻松地将几何结构从平台直接导入XFlow。这种方法的优势在于XFlow减少了所需的几何结构修改和清理，而这种修改和清理一直是分析过程的难点之一。同时 XFlow也提供了一些供用户对几何结构进行小幅修改的工具，如自动化孔洞检测和修复工具。这样用户就无需切换到原生CAD工具。
▪易于设置 CFD工程师的工作是必须围绕后处理仿真结果，并发现能够带来有意义的设计改进的洞察。因此，用在预处理上的时间越短越好。XFlow可提供一些独特特性，帮助工程师增加效率。第一个特性是可以轻松把运动赋值给齿轮并且在几秒内完成验证。对于避免用户由于某些简单错误导致的使用不正确的网格化齿轮运行仿真，该功能有很大帮助。
第二个特性是不使用传统计算网格。XFlow解决方案依靠软件在运行过程中通过自动算法直接生成的笛卡尔格子，基于工程师的单个优化输入。然后，可以通过平台在本地或在高性能计算（HPC）云环境中直接运行仿真。该设置也可以在不同的云上以外部方式运行。 现在考虑一个专门用于某件工业设备的特定变速箱。通常，后处理涉及的量包括作用在齿轮和轴上的阻力矩（即搅油损耗）以及齿轮的总润湿面积等。使用内置后处理功能，可以直接在XFlow中为这些量绘图。还值得注意的是，绘图结果可以直接导出到3DEXPERIENCE平台进行可视化，并在整个团队中进一步共享。
通过观察油的体积分数（VOF）等值面，我们可以获得一些发现。首先是变速箱左半部分的油量多于右半部分，即油分布不均衡。这也反映在搅油损耗上。右侧几乎没油了，因此右侧齿轮的搅油损耗很低，而左侧的搅油损耗相当高。第二个发现是进入集油器的油很少。集油器负责将油重新分配到变速箱的两个部分。
▪设计优化 现在可以根据获得的见解考虑对现有设计的改进。目的是在增加润湿面积的同时，减小阻力矩（即搅油损耗）。通过单个修改已经实现了这个目标，即改变变速箱的方向。使用现有设置，通过转换工具即可轻松完成，然后再次运行，这一切都在XFlow中进行。可以看到改进后的结果。从图中可以看出，搅油损耗显著下降，同时润湿面积也大幅增加。此外，还可以再次绘制VOF等值面图，以观察油溅模式。进入集油器的油量增多，从而可以平衡变速箱左右两侧的油分布。
FMK 基于RANS方法的流体仿真分析软件FMK，集成于3DEXPERIENCE平台，与CATIA无缝连接，实现真正意义上的全流程分析。FMK提供了稳态/瞬态流动、层流和湍流、牛顿和非牛顿流体、自由液面 (VOF)、共轭热传递、人体舒适度模型、焦耳热/ 电阻模型、多孔介质、旋转区域 (MRF)等功能。FMK为设计师量身定做，在3DEXPERIENCE平台的单一协作环境中有效地进行端到端的产品设计。
以飞机乘客舱舒适性分析为例，FMK的工作界面集成于3DEXPERIENCE平台，其界面风格和用户操作也继承于平台，用户的学习成本很小，无需有学习传统CFD工具的种种担忧。
FMK提供了简洁有效的分析优化流程。待造型工程师完成乘客舱的几何建模后，流体分析可基于原始的三维几何进行边界条件设置和工况设置，FMK软件会自动抽取流体域并划分体网格，并根据几何特征进行必要的网格加密——用户仅仅需要几步操作，极大缩减了使用传统CFD工具进行模型处理和网格划分的工作量。而后续的设计迭代更是极为简便——一旦设计端更新了乘客舱模型，FMK自动更新后续的仿真流程，带来了全流程运作效率的质的增加。
基于FMK对于乘客舱舒适性的分析，有助于客户快速分析在给定的风管排布以及风量分配下，舱内的流动及温度分布，并通过设计和仿真的快速迭代实现舒适的乘客舱设计。 而在3DEXPERIENCE平台中集成的优化流程应用，使得用户无需借助第三方优化软件，便可方便的实现流程优化搭建、变量参数空间和目标设定、多组优化方案执行和自动化后处理分析。用户拖动鼠标，即可将FMK流体分析加载到优化流程中，参数化的几何尺寸和流体分析的设置参数均可快速放置到设计空间中。仿真所涉及到的数据调用和传输均在同一环境下实施，仿真数据管理清晰而简洁，优化完成后用户可直接在菜单中调出统计分析结果以及不同设计方案间的比较，实现快速决策。
基于3DEXPERIENCE平台的DOE优化流程
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PowerFLOW是基于格子玻尔兹曼方法（LBM）开发的CFD软件，它能够比物理实验或者传统的计算流体力学（CFD）方法更可靠、更准确、更精密地仿真和分析流体流动现象。使用PowerFLOW，一个全细节的几何模型可以同时用于空气动力学、风噪声和热管理的仿真，这种分析方法节约了工作时间和成本，并使得多学科分析、协作和优化成为可能。
PowerFLOW二十余年来专注于提供CFD工具，在空气动力学、风噪声、热管理和乘客舱环境控制等领域拥有行业优选的解决方案。SIMULIA的CFD技术团队具有大量的工程实践经验。Power FLOW能够精确计算众多交通运输行业中和流体流动相关的设计问题：
▪外流场：气动效率、车辆操控性、除尘和水管理、面板变形、驾驶动力学
▪风噪声：乘客舱风噪声、底盘风噪声、缝隙／密封风噪声、后视镜、啸叫和单一频率的噪声、天窗和侧窗颤振、路过／远场噪声、冷却风扇噪声
▪热管理：冷却气流、热保护、制动器冷却、驾驶循环仿真、熄火浸置、电器和电池冷却、进气温升／进气口布置
▪环境控制：乘客舱舒适性、空调箱和分风系统性能、HVAC系统和风扇噪声、除霜除雾
▪动力总成：动力总成冷却、排气系统、冷却水套、发动机缸体
▪污水管理：A柱溢水、灰尘堆积、轮胎喷雾
PowerFLOW经过了数十年的发展，用于仿真高度复杂的车辆（包括完整列车编组）的空气动力学、空气热力学和气动声学现象等高保真流体行为。其具有高度自动化、可扩展到数千个计算核心、可以处理复杂几何形状且不需要手动生成体积网格等优势。PowerFLOW支持GPU加速甚至还可处理极其庞大的轨道车辆等相关问题。PowerFLOW提供清晰、高分辨率的3D可视化，使空气流动、热分布和噪声传播可见，便于工程师理解问题的根源并制定行之有效的解决方案。自动实验设计（DoE）和优化可以快速探索众多不同的场景，包括难以在试验中进行测试的场景，并找到优解。
下面以轨道列车为例讨论PowerFLOW的流体应用场景：
▪克服列车风阻
列车上存在许多潜在的阻力源，不仅在编组前部，还有后部、车厢或货车之间的间隙、列车底部、电动列车的受电弓以及货运列车上的货物等处。货运列车可能长达一英里，并搭载数百个集装箱。每个集装箱都会在其后方形成湍流涡旋，聚沙成塔为整体阻力带来显著影响。
轨道车辆制造商可以使用SIMULIA PowerFLOW来优化机车和货车的流线型设计，而铁路公司也可以使用它来优化不同运营场景下的性能并节省燃料。仿真能够帮助货运运营商统筹集装箱及其它们之间的空间，额外采取空气动力学整改措施以减小阻力。市场上已有卡车等运输行业正在使用PowerFLOW来改善车辆的空气动力学特性，这意味着轨道交通行业也需要改善车辆阻力以保持其竞争优势。
▪列车噪声
当全球首条高铁专线开通运营时，附近居民时常抱怨听到类似枪声的噪声。工程师们意识到，列车通过隧道时，车头会将空气压缩成激波。必须重新设计机车以改变其空气动力学特性，隧道入口则采用遮罩和穿孔板装置加以防护，起到类似消音器的作用。气动噪声是列车上的主要噪声来源之一。
噪声可能在任何导致湍流的列车部位产生，也会在列车空气动力学尾迹与桥梁、架空电气化设施等道旁结构相互作用时产生。仿真分析可识别这些噪声源，并帮助设计人员通过空气动力学改进或隔音手段来减轻噪声影响。SIMULIA PowerFLOW具有与空气动力学紧密耦合的空气声学仿真能力。用户可以在列车周围的任意采样点计算噪声水平，甚至可以仿真列车自身的噪声，以精准了解乘客的体验。
▪列车热管理与环境控制
发动机、电机、变压器和制动器都能产生大量热量，在各类气候条件下，无论是在运行时还是停车时，都需要配以有效的散热措施。仿真能够助力设计重型机械的风扇和冷却系统，对发动机内的空气流动和热分布进行建模。此外，SIMULIA PowerFLOW也能对风扇和通风口处的噪声进行建模。仿真能够减少设备热失效的风险，并支持工程师根据目标优化成本和重量，设计适合应用场景的冷却系统。工程师甚至还可以仿真冷却系统风扇的噪声，并采取降噪措施。
此外，SIMULIA PowerFLOW还可用于设计轨道车辆驾驶室和乘客空间内的供暖、通风和空调（HVAC）系统。在这类场景中，设计需求包括处理空气的均匀分布、驾驶室的通风以及乘客感知到的噪声。
XFlow
XFlow流体仿真软件是具有革命性的新一代CFD软件。基于格子波尔兹曼方法(LBM)，突破了传统网格方法的瓶颈，可以有效求解几何域中涉及运动机构、自由表面、流固耦合等复杂的计算流体动力学问题。易于使用、无需网格、并行边界条件处理简单、模拟精确。
软件特点
▪前处理器、求解器、后处理器集成在同一个用户界面内。可以通过移动工作窗口以及选项来配置用户界面布局。粒子法简化了整个分析流程，将算法参数小化，避免了冗长复杂的网格划分过程。
▪支持复杂边界条件和物理过程分析：耦合换热、跨/超音速流、多孔介质、非牛顿流、多相流等。
▪善于分析物体运动过程和自由液面的流动：包括波浪、刚体、强迫或约束运动条件下的流场变化。
▪自适应的尾流跟踪和细化（Adaptive wake refinement）：靠近壁面自动提高精度，动态追随尾迹发展过程。
▪气动声学分析：不需要人为地稳定或跟踪自然压力波的演变，直接进行声波分析。
▪近乎线性的并行计算加速性能：XFlow使用近似线性的可扩展能力，对于多核心技术实现的平行处理。
XFlow主要功能及应用
▪单相流动模拟
▪自由表面流动模拟
▪多相流模拟
▪声学分析
▪热分析
▪非牛顿流动
▪共轭热传导
▪热辐射
▪复杂边界条件
▪包括多孔介质和风扇模型
▪真实移动部件、流固耦合（FSI）、污染物扩散
以传动系统润滑仿真为例讨论XFlow的应用：重型机械中将近五分之一的故障是传动系统润滑不足导致的。而优化变速箱的润滑以减少油致阻力矩能够显著提高能效高达10%以上。因此，加强对传动系统润滑的分析、优化有望大幅改善汽车及工业设备等行业的运作效率，但也正因传动系统的润滑设计的重要性不言而喻，对于优化方式和平台的选择，更需慎重考虑。
▪集成建模与仿真 – MODSIM
用户可以通过POWER’BY连接器轻松地将几何结构从平台直接导入XFlow。这种方法的优势在于XFlow减少了所需的几何结构修改和清理，而这种修改和清理一直是分析过程的难点之一。同时 XFlow也提供了一些供用户对几何结构进行小幅修改的工具，如自动化孔洞检测和修复工具。这样用户就无需切换到原生CAD工具。
▪易于设置
CFD工程师的工作是必须围绕后处理仿真结果，并发现能够带来有意义的设计改进的洞察。因此，用在预处理上的时间越短越好。XFlow可提供一些独特特性，帮助工程师增加效率。第一个特性是可以轻松把运动赋值给齿轮并且在几秒内完成验证。对于避免用户由于某些简单错误导致的使用不正确的网格化齿轮运行仿真，该功能有很大帮助。
第二个特性是不使用传统计算网格。XFlow解决方案依靠软件在运行过程中通过自动算法直接生成的笛卡尔格子，基于工程师的单个优化输入。然后，可以通过平台在本地或在高性能计算（HPC）云环境中直接运行仿真。该设置也可以在不同的云上以外部方式运行。
现在考虑一个专门用于某件工业设备的特定变速箱。通常，后处理涉及的量包括作用在齿轮和轴上的阻力矩（即搅油损耗）以及齿轮的总润湿面积等。使用内置后处理功能，可以直接在XFlow中为这些量绘图。还值得注意的是，绘图结果可以直接导出到3DEXPERIENCE平台进行可视化，并在整个团队中进一步共享。
通过观察油的体积分数（VOF）等值面，我们可以获得一些发现。首先是变速箱左半部分的油量多于右半部分，即油分布不均衡。这也反映在搅油损耗上。右侧几乎没油了，因此右侧齿轮的搅油损耗很低，而左侧的搅油损耗相当高。第二个发现是进入集油器的油很少。集油器负责将油重新分配到变速箱的两个部分。
▪设计优化
现在可以根据获得的见解考虑对现有设计的改进。目的是在增加润湿面积的同时，减小阻力矩（即搅油损耗）。通过单个修改已经实现了这个目标，即改变变速箱的方向。使用现有设置，通过转换工具即可轻松完成，然后再次运行，这一切都在XFlow中进行。可以看到改进后的结果。从图中可以看出，搅油损耗显著下降，同时润湿面积也大幅增加。此外，还可以再次绘制VOF等值面图，以观察油溅模式。进入集油器的油量增多，从而可以平衡变速箱左右两侧的油分布。
FMK
基于RANS方法的流体仿真分析软件FMK，集成于3DEXPERIENCE平台，与CATIA无缝连接，实现真正意义上的全流程分析。FMK提供了稳态/瞬态流动、层流和湍流、牛顿和非牛顿流体、自由液面 (VOF)、共轭热传递、人体舒适度模型、焦耳热/ 电阻模型、多孔介质、旋转区域 (MRF)等功能。FMK为设计师量身定做，在3DEXPERIENCE平台的单一协作环境中有效地进行端到端的产品设计。
以飞机乘客舱舒适性分析为例，FMK的工作界面集成于3DEXPERIENCE平台，其界面风格和用户操作也继承于平台，用户的学习成本很小，无需有学习传统CFD工具的种种担忧。
FMK提供了简洁有效的分析优化流程。待造型工程师完成乘客舱的几何建模后，流体分析可基于原始的三维几何进行边界条件设置和工况设置，FMK软件会自动抽取流体域并划分体网格，并根据几何特征进行必要的网格加密——用户仅仅需要几步操作，极大缩减了使用传统CFD工具进行模型处理和网格划分的工作量。而后续的设计迭代更是极为简便——一旦设计端更新了乘客舱模型，FMK自动更新后续的仿真流程，带来了全流程运作效率的质的增加。
FMK计算的乘客舱的流场结果
基于FMK对于乘客舱舒适性的分析，有助于客户快速分析在给定的风管排布以及风量分配下，舱内的流动及温度分布，并通过设计和仿真的快速迭代实现舒适的乘客舱设计。
而在3DEXPERIENCE平台中集成的优化流程应用，使得用户无需借助第三方优化软件，便可方便的实现流程优化搭建、变量参数空间和目标设定、多组优化方案执行和自动化后处理分析。用户拖动鼠标，即可将FMK流体分析加载到优化流程中，参数化的几何尺寸和流体分析的设置参数均可快速放置到设计空间中。仿真所涉及到的数据调用和传输均在同一环境下实施，仿真数据管理清晰而简洁，优化完成后用户可直接在菜单中调出统计分析结果以及不同设计方案间的比较，实现快速决策。
基于3DEXPERIENCE平台的DOE优化流程
