PreonLab光滑粒子分析
With our recent release of PreonLab 5.2, which was a very special release for us, we introduced our new feature – Continuous Particle Size (CPS), where particles can have any size in a user defined range.In this article, we shall take a look at the development of adaptive refinement and coarsening in PreonLab and the benefits of CPS along with the challenges and limitations that go with it.
以往為了兼顧模擬結果的準確度，PreonLab會捕捉計算範圍內的幾何形狀、並根據模型的規模選擇需要的粒徑，若使用單一分辨率會造成非常久的模擬時間與龐大的計算量。
從圖1中可以觀察到，在涉水分析中，由於汽車周圍的幾何較複雜，粒子也需要較高的分辨率，但由於採用均勻分辨率，遠離車體的粒子也同樣是較小的粒徑。
我們可以很清楚地理解到，基於網格劃分的CFD可以自由調整網格密度以及大小，相對於均勻粒徑或是粒徑侷限在一定範圍內的 光滑粒子 ，肯定是擁有更高的計算效率。為了克服這個一直以來存在的問題，PreonLab在近年來投入大量的研究資源，希望發展出非均勻分辨率的光滑粒子法。
非均勻分辨率(non-uniform resolution)又稱自適應細化(adaptive refinement)，挑戰的目標是粒子的分裂與合併，細化需要粒子分裂，粗話需要粒子合併，其中，粗化步驟更具挑戰性。舉例來說，一個大粒子需要分成八個更細的粒子，其質量為初始粒子的1/8，相反的，在粗化時，八個細顆粒需要彼此靠近以合併為一個質量為8倍的大顆粒，可以參考圖二。
在粗化過程中，小粒子之間必須具有相似的速度，以便合併時保持動量，如果不滿足合併條件，模型就會存在剩餘粒子。此外，粗化與細化因為粒子的分布發生改變，直接導致採樣與密度噪聲的問題。
連續粒徑(Continuous Particle Size，CPS)於最新的PreonLab 5.2版本中，針對光滑粒子於CFD應用有著突破性的發展，其成就來自於過去每個版本中一步步的修正與進步。
於圖三中可以清楚看到，靠近車體幾何外型的粒徑小於遠離車體的粒徑，使用粗化功能後，顆粒數量減少高達64倍，有效節省計算資源並加快運算速度。圖四說明大尺比靈活度使得模擬細小通道變得更方便有效。
Preonlab光滑粒子分析 CPS的好處不僅限於複雜的流動與幾何形狀，還有關於熱力學的應用。
The benefits of CPS are not only limited to complex flows and geometries, but are also applicable for Thermodynamic applications.
在許多情況下，計算熱力梯度會要求使用較細的粒子，CPS的主動粗化功能就能在控制計算工作量上有良好的體現。目前最粗與最細的推薦尺寸為24倍，其代表在3D模型中，最粗顆粒為最細顆粒直徑的16倍，粒子數量可以講少多達4,096倍，在某些特殊情況下，甚至可以將比例提高到25倍，節大約32,000倍的粒子數量。
Currently the maximum recommended size ratio between the coarsest and finest particles is 24. This means that for 3D simulations, the coarsest particle can have a diameter which is 16 times larger than the diameter of the fine particles. With this, the number of particles in the simulation can already be reduced by up to 4096 times. However, it is even possible in certain cases to push this ratio to 25. As a result, we would save around 32,000 times the number of particles.
All of this implies that simulations which previously required weeks to run, can now be performed in a matter of days and simulations which previously required several days can be performed within a few hours – a game-changer indeed!
另外，CPS使用的求解器是同一個而非被切割成多個求解器，帶來另一個好處是大幅提升了渲染與後處理的生成速度。
新版PreonLab 5.2 無網格光滑粒子流場分析 更新如下:
- 連續粒徑:自由設定粒徑且靈活調整粗細,大幅提升渲染與後處理的生成速度。
- 多相流-導入新的時間步長設定且允許使用者調整實際體積模數值,提高模擬的精準度。
- 熱力學-增強的傳感器功能和靈活的粒徑調整功能，使模型更能貼近真實。
- 涉水模擬-車輛的涉水分析並擁有虛擬駕駛邏輯與強大的車輛懸吊模型。
- 可用性與工作流程-支援CAD文件格式匯入,數據檔案小且快速匯出。在材料性質資料庫中更加方便獲取正確的數據。
星恆擁有可靠的技術與人才，有任何相關問題都歡迎來信或來電討論指教，幫您量身打造符合需求的解決方案。
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