PiFlow是一款基于全自動笛卡爾網(wǎng)格、具備用戶友好操作界面的氣動問題快速設(shè)計(jì)分析工具。集前處理、求解器和后處理模塊于一體，可實(shí)現(xiàn)CAD模型導(dǎo)入、網(wǎng)格自動生成、大型數(shù)據(jù)存取和管理、方程高效求解、物理場可視化等功能。并支持MPI、OpenMP、CUDA并行模式，適應(yīng)單機(jī)、服務(wù)器和超算集群等各種運(yùn)行環(huán)境，兼容國產(chǎn)CPU與操作系統(tǒng)。除了支持低、亞、跨、超、高超全速域流場分析外，PiFlow還提供飛行器氣動數(shù)據(jù)批量生產(chǎn)、軌跡分離快速分析等工程應(yīng)用場景的標(biāo)準(zhǔn)化操作。
備注：簡單跨音速案例，100萬左右網(wǎng)格獲取正確結(jié)果的時間如下（測試顯卡2060）：
使用DP_LUR_IMPLICIT格式GPU計(jì)算效率比CPU提高46倍，計(jì)算1分鐘左右收斂。
使用顯式離散格式GPU計(jì)算效率比CPU提高30倍，計(jì)算13分鐘左右收斂。
使用LUSGS_IMPLICIT 格式CPU6核并行可在10分鐘內(nèi)計(jì)算收斂。
目前軟件支持求解歐拉方程，粘性計(jì)算在研發(fā)中。
軟件展示
1. 軟件功能介紹
01 幾何模型導(dǎo)入
PiFlow支持三維復(fù)雜幾何裝配體導(dǎo)入，其前處理模塊擁有多種CAD模型接口如：step、iges、stl等。
另外，PiFlow支持對導(dǎo)入模型的基本操作如：縮放、旋轉(zhuǎn)、鏡像等。
igs格式裝配體文件導(dǎo)入
02 網(wǎng)格功能
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網(wǎng)格展示（包含兼容性，自適應(yīng)加密，自主加密）
復(fù)雜模型網(wǎng)格展示
特殊邊界網(wǎng)格設(shè)置
03 求解器功能
PiFlow圍繞流體力學(xué)可以求解穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)問題；支持多體分離軌跡計(jì)算及軌跡安全評估等問題。
時間離散方法提供LUSGS_IMPLICIT、RUNGE_KUTTA_EXPLICIT、DP_LUR_IMPLICIT等多種方法；
求解格式提供主流的中心格式和迎風(fēng)格式；收斂判斷在原來基礎(chǔ)上增加了柯西收斂判據(jù)，自動判斷解算收斂；
支持多重網(wǎng)格加速收斂策略（循環(huán)模式提供多種選擇）；
由于幾何建模方向規(guī)定的差異，PiFlow增添了翼展方向的選擇（Y/Z展向）來調(diào)整來流方向。
低音速區(qū)域解算提供低于預(yù)處理功能保證計(jì)算穩(wěn)定收斂。高超音速最高支持到25馬赫，目前通過降低CFL值保證穩(wěn)定收斂。
軌跡計(jì)算可預(yù)先設(shè)置初速度，實(shí)現(xiàn)非靜止?fàn)顟B(tài)投放功能。開放多部件同時投放使用功能。
求解方式支持MPI、OpenMP、CUDA并行模式，適應(yīng)單機(jī)、服務(wù)器和超算集群等各種運(yùn)行環(huán)境，兼容國產(chǎn)CPU與操作系統(tǒng)，擁有較高的求解效率，并且擁有便捷高效的圖形交互界面。
GPU求解硬件要求
04 后處理功能
目前“流場計(jì)算”后處理具備表面流場物理場切換查看；實(shí)時輸出殘差收斂曲線及氣動力曲線；氣動力統(tǒng)計(jì)輸出及一鍵自動生成報告的能力。氣動力統(tǒng)計(jì)可進(jìn)分部件積分，可輸出總氣動力。
殘差收斂曲線
流場物理量切換
氣動力統(tǒng)計(jì)
05 多任務(wù)功能
PiFlow“流場計(jì)算”業(yè)務(wù)類型具備多任務(wù)功能，可以進(jìn)行工程批量處理操作。目前只能處理馬赫數(shù)和攻角兩種類型的工程（若有新需求可添加新功能），界面如圖：
馬赫數(shù)批處理設(shè)置
批處理工程文件存儲位置
2. 特色功能介紹
軟件提供包括分離軌跡計(jì)算、參數(shù)安全邊界預(yù)估、落點(diǎn)散布度評估在內(nèi)的多種多體分離安全分析工具。
01 軌跡計(jì)算工具
多體分離過程中，利用流場結(jié)果獲取部件氣動力，通過運(yùn)動方程求解模型位置變化，網(wǎng)格自動生成使得整個軌跡計(jì)算過程自動化，可模擬投彈、多級火箭分離等場景，適用面廣。同時軟件可采用網(wǎng)格測力技術(shù)，通過對數(shù)據(jù)庫插值查詢獲取部件當(dāng)前的氣動力結(jié)果，代替實(shí)時耗時的流場解算，以此實(shí)現(xiàn)軌跡的快速預(yù)測。
02 分離安全評估工具
利用網(wǎng)格測力技術(shù)，快速評估在確保運(yùn)動過程中各模擬部件不會發(fā)生相互碰撞的前提下，影響軌跡的各參數(shù)（如部件質(zhì)量、慣性、彈射力等）的安全變化范圍。
安全邊界結(jié)果統(tǒng)計(jì)
03 落點(diǎn)散布度評估工具
多體分離的實(shí)際軌跡會因?yàn)槎喾N相互影響的偏差因素出現(xiàn)與期望軌跡偏差較大的情況。軟件利用滿足一定分布規(guī)律的隨機(jī)量（例如正態(tài)分布）來模擬影響軌跡的參數(shù)（如彈射力、慣性矩等）偏差，使用蒙特卡洛打靶法來模擬多種具有偏差的參數(shù)之間的相互影響，最后預(yù)測得到多種偏差參數(shù)相互影響作用下的落點(diǎn)散步度。
散布度分布
3.算例展示
01 WPFS
WPFS彈翼跨音速案例，該案例與Fluent軟件在相同工況相同設(shè)置下對比驗(yàn)證。
02 ONERA M6
ONERA M6跨音速標(biāo)準(zhǔn)案例，該案例與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對標(biāo)，與開源軟件SU2對比驗(yàn)證。
03 SR_71
SR_71高超音速案例，該案例與Gocart軟件對比驗(yàn)證。具體工況與參數(shù)如下表所示：
PiFlow與Gocart計(jì)算氣動力對比曲線如下圖所示：
當(dāng)攻角為零時，PiFlow計(jì)算的馬赫數(shù)云圖如下：
04 Scramjet
Scramjet超音速案例，帶壓力出口特殊邊界案例計(jì)算能力展示，該案例與Fluent軟件對比驗(yàn)證。
PiFlow壓力云圖
Fluent壓力云圖
PiFlow馬赫數(shù)云圖
Fluent馬赫數(shù)云圖
