< Назад к Набор инструментов для моделирования автомобильной отрасли

Автор: Джонни Лю
Генеральный директор компании Dowway Vehicle

Последнее обновление: Март 2026 г.

---

Быстрый ответ

Программное обеспечение для моделирования вычислительной гидродинамики в автомобильной отрасли помогает инженерам анализировать потоки воздуха, теплопередачу и движение жидкостей внутри автомобильных систем с помощью численного моделирования вместо физических испытаний. Такие платформы, как… MXsim CFD Объединение геометрического моделирования, генерации сетки, решателей с ускорением на графическом процессоре и визуализации результатов позволяет моделировать аэродинамику автомобиля, охлаждение батареи электромобиля и поток воздуха на входе в двигатель. Это помогает инженерным группам снизить затраты на прототипы и сократить циклы разработки.

---

Почему моделирование вычислительной гидродинамики важно в современной разработке автомобилей

За последнее десятилетие конструкция транспортных средств сильно изменилась. Сегодня инженеры в значительной степени полагаются на моделирование, прежде чем создавать физические прототипы.

Эти изменения обусловлены рядом отраслевых сдвигов:

• разработка электромобилей
• легкие конструкции транспортных средств
• интеллектуальные автомобильные системы
• давление с целью сокращения времени разработки

На ранних этапах разработки характеристики жидкости измерялись главным образом с помощью физических испытаний:

• эксперименты в аэродинамической трубе
• тестирование эффективности охлаждения
• испытания воздушного потока в двигателях

Эти анализы дороги и занимают много времени.

Моделирование с помощью вычислительной гидродинамики (CFD) позволяет численно решать уравнения гидродинамики и прогнозировать потоки воздуха или охлаждающей жидкости через компоненты автомобиля. Инженеры могут оценивать конструкции задолго до появления прототипов.

Типичные области применения вычислительной гидродинамики в автомобильной промышленности включают:

• внешняя аэродинамика транспортного средства
• вентиляция салона
• проектирование системы охлаждения
• Система терморегулирования аккумуляторной батареи электромобиля
• поток воздуха на впуске двигателя

Именно здесь на помощь приходят такие инструменты моделирования, как… MXsim CFD стать ценными.

---

Что такое MXsim CFD?

MXsim CFD является частью Платформа моделирования CAE MxSim. Он предназначен для рабочих процессов инженерного моделирования, включающих сложное поведение жидкостей.

Платформа объединяет несколько этапов рабочего процесса CFD в единую среду.

Архитектура включает четыре основных модуля.

---

Архитектура платформы MxSim CAE

Модуль	Функция
Mx3D	Геометрическое моделирование и подготовка САПР-моделей
MxMesh	Генерация и уточнение сетки
MxSim CFD	Решатель задач гидродинамики
MxPost	Визуализация и анализ результатов

Такая структура позволяет инженерам выполнить полный цикл моделирования, не переключаясь между различными программными инструментами.

---

Моделирование геометрии Mx3D

Модуль Mx3D управляет подготовкой геометрии.

Он поддерживает распространённые форматы САПР, такие как:

• ШАГ
• ИГЕС

Система также работает с геометрией, полученной из типичных автомобильных САПР-инструментов, включая:

• CATIA
• Siemens NX (UG)

Перед началом моделирования инженеры очищают геометрию. Типичные этапы подготовки включают в себя:

• удаление мелких отверстий
• удаление ненужных функций
• устранение поверхностных зазоров

Эти операции предотвращают проблемы в процессе генерации сетки.

---

Технология генерации сетки MxMesh

Качество сетки оказывает существенное влияние на точность вычислительной гидродинамики.

Он Модуль MxMesh создает вычислительные сетки для решателя.

Поддерживаемые типы сеток:

• треугольная поверхностная сетка
• четырехугольная поверхностная сетка
• тетраэдрическая объемная сетка
• структурированная гексаэдрическая сетка

В симуляциях транспортных средств часто используются гибридные сетчатые структуры.

Пример стратегии построения сетки:

Компонент транспортного средства	Тип сетки
Поверхность транспортного средства	четырехугольная сетка
Область потока	тетраэдрическая сетка
Каналы охлаждения	структурированная сетка

MxMesh также поддерживает:

• адаптивное уточнение сетки
• автоматическое управление распределением узлов
• локальная регулировка плотности сетки

Эти функции позволяют инженерам уточнять плотность сетки в важных областях, таких как:

• поверхности кузова автомобиля
• каналы для воздушного потока
• охлаждающие пластины

Генератор сетки использует Многопоточность OpenMPчто увеличивает скорость генерации сетки примерно на 30% по сравнению с традиционными инструментами.

Пример результата выполнения:

А Гибридная сетка из 3,79 миллионов ячеек может быть сгенерировано за несколько десятков минут.

---

Ускоренный на графическом процессоре решатель CFD-задач

Основным компонентом MXsim CFD является решатель на основе графического процессора.

Традиционные инструменты вычислительной гидродинамики обычно полагаются на обработку данных центральным процессором. Ускорение с помощью графического процессора повышает скорость вычислений.

В MXsim CFD используются следующие функции:

• Оптимизация набора инструкций графического процессора
• Параллельные вычисления MPI
• полный конвейер обработки на графическом процессоре

Улучшения производительности включают в себя:

Конфигурация оборудования	Скорость
Базовый уровень ЦП	1×
Одна видеокарта	примерно в 10 раз быстрее
Четыре графических процессора	до 210 раз быстрее

Это позволяет проводить моделирование с использованием сотни миллионов ячеек сетки должно быть завершено в рамках практических инженерных сроков.

---

В автомобильной вычислительной гидродинамике поддерживаются физические модели.

Для моделирования автомобильной отрасли требуется несколько физических моделей.

MXsim CFD включает в себя несколько моделей, широко используемых в инженерной практике.

---

Модели турбулентности

Широко используются две модели турбулентности:

• k-ε модель турбулентности
• k-ω модель турбулентности

Эти модели имитируют турбулентный поток воздуха вокруг поверхностей транспортных средств.

---

Модели теплопередачи

Моделирование теплопередачи включает в себя:

• конвективная теплопередача
• теплопередача излучением

Эти модели важны для анализа охлаждения батарей электромобилей.

---

Модели многофазных потоков

Решатель также поддерживает моделирование многофазных потоков, таких как:

• системы жидкостного охлаждения
• канал потока охлаждающей жидкости
• взаимодействие воздуха и жидкости

---

Сжимаемое и несжимаемое течение

Данный решатель может моделировать оба режима течения.

Тип потока	Решатель
Низкоскоростной поток	решатель на основе давления
Высокоскоростной поток	решатель на основе плотности

Примеры:

• аэродинамика транспортного средства → решатель на основе давления
• Поток воздуха на входе двигателя → решатель на основе плотности

---

Типичный рабочий процесс CFD-моделирования в автомобильной промышленности

Моделирование транспортных средств с помощью вычислительной гидродинамики включает в себя несколько ключевых этапов.

---

Подготовка к геометрическим расчётам

Автомобильные CAD-модели часто содержат избыточную детализацию.

Инженеры обычно упрощают модели следующим образом:

• удаление мельчайших геометрических элементов
• устранение поверхностных дефектов
• извлечение срединных поверхностей

Для симметричных транспортных средств, модель полуавтомобиля Этот метод часто используется для уменьшения размера сетки и времени вычислений.

---

Генерация сетки

Для разных систем требуются разные стратегии построения сетки.

Примеры конфигураций:

Приложение	Тип сетки
Аэродинамика транспортного средства	гибридная сетка
охлаждение батареи	структурированная сетка
Впуск двигателя	тетраэдрическая сетка

Рекомендуемые пределы качества сетки:

• асимметрия < 0,8
• соотношение сторон < 10

---

Настройка решателя

Граничные условия должны соответствовать реальным условиям эксплуатации.

К распространенным границам CFD относятся:

• вход скорости
• выходное давление
• граница стены
• граница симметрии
• граница дальней зоны

Сходимость моделирования обычно определяется следующим образом:

Остаточная сумма < 1 × 10⁻⁶

---

Постобработка

Результаты моделирования анализируются в MxPost.

Результаты визуализации включают:

• линии тока скорости
• карты контуров давления
• распределение температуры
• 2D кривые производительности

Эти результаты используются инженерами для оценки аэродинамического сопротивления, эффективности охлаждения и потерь давления.

---

Пример 1: Аэродинамическое моделирование легкового автомобиля

Краткий ответ

Моделирование с помощью вычислительной гидродинамики показало, что регулировка угла наклона передней решетки радиатора, изгиба крыши и заднего спойлера автомобиля снижает аэродинамическое сопротивление. Cd 0,32 до 0,28, что повышает аэродинамическую эффективность и увеличивает запас хода электромобиля.

---

Цель моделирования

Целью было оценить внешний воздушный поток компактного пассажирского автомобиля и снизить аэродинамическое сопротивление.

Снижение сопротивления улучшает:

• топливная эффективность
• Запас хода электромобиля
• показатели шума ветра

---

Условия моделирования

Параметр	Ценить
Скорость воздуха	10 м/с
Температура	293 К
Тип потока	турбулентный несжимаемый
Модель турбулентности	k-ε

В моделировании использовался модель полуавтомобиля.

---

Конфигурация сетки

Характеристики сетки:

• гибридная сетка
• Уточнение сетки поверхности кузова автомобиля
• тетраэдрическая сетка во внешней области потока

Общий размер сетки:

3,79 миллиона клеток

Время генерации сетки на Видеокарта RTX 3090:

Примерно 15 минут.

---

Результаты моделирования

Оригинальный дизайн:

Cd = 0,32

После оптимизации:

• угол решетки
• кривизна крыши
• высота заднего спойлера

Новый результат:

Cd = 0,28

Снижение сопротивления:

12,5%

Для электромобилей это может увеличить запас хода на 5–8%.

Сравнение результатов моделирования с Fluent показало ошибку, указанную ниже. 3%.

---

Пример из практики 2: Моделирование жидкостного охлаждения аккумуляторной батареи электромобиля

Краткий ответ

Моделирование показало, что расширение канала охлаждения за счет… от 8 мм до 10 мм снижение максимальной температуры батареи от 45°C до 38°C и уменьшение колебаний температуры в разных клетках.

---

Цель моделирования

Целью было проанализировать эффективность охлаждения аккумуляторной батареи электромобиля.

Аккумуляторные элементы должны работать в пределах 20–40°C для обеспечения безопасности и производительности.

---

Модель батареи

В комплект входили:

• 8 аккумуляторных модулей
• охлаждающие пластины
• каналы охлаждающей жидкости
• внешний корпус

В качестве охлаждающей пластины использовалась змеевидный канал.

---

Параметры моделирования

Параметр	Ценить
Охлаждающая жидкость	50% раствор гликоля
Плотность	1050 кг/м³
Удельная теплоемкость	4200 Дж/(кг·К)
Температура на входе	25°C
скорость охлаждающей жидкости	2 м/с
Нагрев батареи	200 Вт

В конструкции использовалась естественная конвекция с коэффициентом теплопередачи:

15 Вт/(м²·К).

---

Конфигурация сетки

Тип сетки:

структурированная гексаэдрическая сетка.

Общий размер сетки:

4,8 миллиона клеток

Время генерации сетки:

Примерно 20 минут на RTX 3090.

---

Результаты моделирования

Первоначальный проект:

Максимальная температура = 45°C
Разница температур = 8°C

После внесения изменений в дизайн:

• Расширен канал охлаждающей жидкости
• добавлены дополнительные ветви

Новый результат:

Максимальная температура = 38°C
Разница температур = 3°C

Погрешность моделирования по сравнению с результатами физических испытаний была ниже 2°C.

---

Пример 3: Моделирование впускного канала двигателя

Краткий ответ

Оптимизация радиуса изгиба впускного канала и площади горловины позволила снизить потери давления. от 0,18 до 0,12 и увеличенный поток всасываемого воздуха за счет 15%.

---

Цель моделирования

Поток воздуха на входе в двигатель влияет на эффективность сгорания и расход топлива.

Анализ с использованием вычислительной гидродинамики помогает инженерам улучшить конструкцию впускного канала.

---

Настройка моделирования

Параметр	Ценить
Температура	293 К
Скорость на входе	15 м/с
Выходное давление	0,8 атм

Граничные условия:

• вход скорости
• выходное давление
• граница стенки без скольжения

---

Конфигурация сетки

Тип сетки:

тетраэдрическая сетка.

Общий размер сетки:

1,2 миллиона клеток

Время генерации сетки:

Примерно 8 минут.

---

Результаты моделирования

Оригинальный дизайн:

Коэффициент потерь давления = 0,18

Изменения в дизайне:

• Радиус изгиба увеличен с R50 мм до R70 мм
• область горла увеличилась с от 35 см² до 40 см²

Новый результат:

Коэффициент потерь давления = 0,12

Увеличение воздушного потока:

15%

Улучшение показателей расхода топлива:

3–5%

---

Передовые методы моделирования вычислительной гидродинамики в автомобильной отрасли.

При подготовке моделей вычислительной гидродинамики инженеры руководствуются рядом принципов.

---

Подготовка к геометрическим расчётам

• удалить крошечные отверстия
• удалить ненужные детали
• ремонт поверхностных зазоров

Эти шаги предотвращают сбои в работе сетки.

---

Контроль качества сетки

Рекомендуемые пределы:

Метрическая система	Лимит
Асимметрия	< 0.8
Соотношение сторон	< 10

---

Настройка граничных условий

Граничные значения должны соответствовать реальным условиям эксплуатации.

Неправильные входные данные могут привести к вводящим в заблуждение результатам моделирования.

---

Устойчивость решателя

Если решатель не сходится, инженерам следует проверить следующее:

• качество сетки
• граничные параметры
• параметры релаксации

---

Рекомендации по оборудованию

Для работы GPU-ускорителя требуется совместимое оборудование.

Рекомендуемые видеокарты:

• NVIDIA RTX 3090
• NVIDIA RTX 4090

---

Сравнение MXsim CFD с традиционными инструментами CFD

Краткий ответ:

MXsim CFD обеспечивает точность, аналогичную Fluent, при этом сокращая время моделирования за счет ускорения на графическом процессоре и снижая стоимость лицензирования.

К преимуществам MXsim относятся:

• решатель с ускорением на графическом процессоре
• более высокая скорость моделирования
• локализованный интерфейс
• более низкая стоимость лицензирования
• шаблоны для моделирования автомобильной отрасли

Различия в точности моделирования по сравнению с Fluent обычно незначительны. 3–4%.

---

Будущие тенденции в области вычислительной гидродинамики в автомобильной промышленности.

Инструменты моделирования транспортных средств продолжают развиваться.

В будущем появятся следующие возможности:

Многофизическое моделирование

• Взаимодействие жидкости и структуры
• теплогидродинамическое взаимодействие
• акустический анализ

Облачные платформы моделирования

MxCloud позволяет:

• общие вычислительные ресурсы
• моделирование на основе облачных технологий
• совместное проектирование

проектирование с использованием ИИ

Машинное обучение может помочь в следующем:

• оптимизация геометрии
• исследование параметров
• автоматизированная итерация проектирования

---

Часто задаваемые вопросы о MXsim CFD

Какие преимущества имеет MXsim CFD по сравнению с ANSYS Fluent?

Краткий ответ:
MXsim CFD работает быстрее благодаря параллельным вычислениям на графических процессорах и имеет более низкие лицензионные затраты, сохраняя при этом точность моделирования на инженерном уровне.

MXsim CFD использует решатель на базе графического процессора с параллельной архитектурой MPI. Это позволяет запускать моделирование с разрешением до 1000 Мбит/с. В 10 раз быстрее, чем программное обеспечение для вычислительной гидродинамики на базе процессора.. Он также включает локализованные интерфейсы и шаблоны, разработанные для рабочих процессов автомобильной инженерии.

---

В каких автомобильных симуляциях используется MXsim CFD?

Краткий ответ:
MXsim CFD широко используется для моделирования аэродинамики транспортных средств, охлаждения батарей, анализа воздушного потока на впуске и других тепловых и гидродинамических процессов.

Типичные области применения включают:

• внешняя аэродинамика транспортного средства
• оптимизация коэффициента сопротивления
• Система терморегулирования аккумуляторной батареи электромобиля
• конструкция охлаждающей пластины
• поток воздуха на впуске двигателя
• охлаждение электронных компонентов

Эти симуляции снижают затраты на прототипы и сокращают циклы разработки.

---

Поддерживает ли MXsim CFD многофизическое моделирование?

Краткий ответ:
Да. В состав решателя входят модели турбулентности, теплопередачи и многофазного течения.

К числу поддерживаемых физических дисциплин относятся:

• k-ε модель турбулентности
• k-ω модель турбулентности
• теплопередача излучением
• многофазный поток
• теплопередача жидкость-твердое тело
• сжимаемый и несжимаемый поток

---

Какое оборудование лучше всего подходит для MXsim CFD?

Краткий ответ:
Рабочие станции с графическими процессорами серии RTX обеспечивают высокую производительность.

Рекомендуемое оборудование включает в себя:

• NVIDIA RTX 3090 или RTX 4090
• достаточно оперативной памяти для больших моделей сетки
• ресурсы ЦП для обработки геометрии

Рабочие станции с графическими процессорами могут достигать производительности, сравнимой с небольшими кластерами высокопроизводительных вычислений.

---

Может ли MXsim CFD работать с другими инструментами CAD и CAE?

Краткий ответ:
Да. Программное обеспечение поддерживает распространенные форматы САПР и обмен сетками с другими инструментами вычислительной гидродинамики.

Поддерживаемые форматы:

• ШАГ
• ИГЕС
• .msh
• .cas

Система также импортирует геометрические данные из CATIA и Siemens NX.

---

Автор

Джонни Лю
Генеральный директор компании Dowway Vehicle

Джонни Лю работает в области автомобильной инженерии и технологий цифрового моделирования. Его работа сосредоточена на разработке автомобилей на основе моделирования, аэродинамической оптимизации и методах проектирования с использованием CAE, применяемых в современных автомобильных исследованиях и разработках.

---

Технические оговорки

Данная статья предназначена для использования в качестве справочного материала по инженерным вопросам и для технического обсуждения. Результаты моделирования зависят от допущений модели, качества сетки и граничных условий. Физические испытания остаются важными при подтверждении проектных решений.

---