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概述
空气动力学和计算流体力学
空气动力学研究涉及空气的运动以及空气与固态物体在气流中的相互作用。空气动力学和空气动力学原理在计算流体力学 (CFD) 中的应用非常普遍。空气动力学的主要控制方程不仅用于 CFD 中，还用于边界层的网格生成和求解器收敛，以及湍流建模和可压缩流体理论中。CFD 中的空气动力学应用前景广阔，特别是汽车、亚音速飞行、高超音速和替代能源开发领域。
产品
Cadence 在计算流体动力学领域的应用
流动分类和方程
空气动力学中需要解决三个主要方面的问题：升力、阻力和扭矩。这三者各自都有独特的属性（升力系数、阻力系数、升力等等），受到相关气流的影响。在空气动力流场中，您最可能关注的属性是温度、压力、速度、粘度和密度。
基于速度分类
在基于速度对流动进行分类时，我们关注的是速度状态。流动可以分为四个主要的速度等级：亚音速、跨音速、超音速和高超音速流动。当流速超过音速的 30% 时，采用基于速度的流动分类法，此时流体的主要特征是可压缩性。
基于密度和压力分类
在空气动力学中，另一种主要的流分类法是基于密度和压力，通常分为可压缩流和不可压缩流。具体取决于流动过程中流体的密度如何变化。如果密度近乎不变，可以将其看作不可压缩流（为了便于仿真，通常认为不可压缩流的马赫数小于 0.3）。
空气动力学定律
空气动力学和空气动力原理都基于一些基本方程。牛顿运动定律无疑是空气动力学研究的开端；但是，在计算流体力学领域，空气动力学力通常通过纳维-斯托克斯方程进行建模。其他方法，如格子-波尔兹曼和高阶求解器，也越来越受欢迎，功能也越来越强大。
空气动力学推进系统
说到空气动力学的基本原理，我们会对基本空气动力学原理归约进行建模，以优化推进机制。具体来说，对于飞机的空气动力学，空气动力学工程师会关注推力、重力、攻角和阻力。
空气动力学攻角
攻角 (AOA) 从根本上影响着飞机设计中的升力和阻力。AOA 是飞机上的参考线或弦线（通常是机翼或机身中心）与机翼迎风点之间的夹角。针对特定的飞行功能优化 AOA，对于优化飞行路径和飞机机身的整体效率至关重要，因为 AOA 与升力和阻力有直接关系：随着 AOA 的增加，升力和阻力也在增加，直到 AOA 达到失速点，此时，根据机翼结构和一系列因素，升力会急剧下降或渐渐下降。
空气动力阻力
在空气动力学中，阻力是一个非常重要的力，需要与之抗衡。通常情况下，阻力在结构完整性建模和热管理建模中非常重要。所产生的阻力与运行中的固体物体的运动相反。阻力仿真要经过多次独特的迭代，如代表特定的湍流涡旋和漩涡，从阻力中创造升力，以及随着局部速度和压力变化形成阻力。
空气动力学仿真
空气动力学仿真中最大的错误之一，是为了在空气动力学方面力求完美而牺牲其他物理组件。遗憾的是，我们没有那种技术或时间，在任何合理的产品开发时限内对每一种物理现象、情景和环境进行准确度达 100% 的仿真；尽管如此，我们还是发展到了目前的水平。
汽车空气动力学仿真
关于汽车领域的空气动力学 CFD 建模，市场上有非常多的解决方案，效率也日益提高。要想设计出性能更佳的车辆，进行空气动力学优化是最可靠的方法之一。可以优化车辆的重量分布、形状和样式，确保将气流引导到正确的区域，管理涡流和漩涡的产生以减少阻力，并尽量减少升力对车辆性能的影响。
航空航天空气动力学仿真
以空气动力学的名义，可以对飞机的大部分动力学特性进行研究。直升机、无人机、无人驾驶飞机、喷气式飞机和普通飞机的推进力、旋转升力、阻力、必要攻角、飞行时间和环境规格等属性都各不相同。飞机的研发热度一直有增无减，人们不断追求达到更快的飞行速度，提高运输效率，研发超音速商用飞机、高超音速喷式飞机和更多的电动商用飞机都需要对空气动力学原理中的物理现象进行更精细的优化。使用CFD 仿真求解纳维-斯托克斯方程，可帮助航空航天工程师应对上述挑战。
涡轮机械空气动力学仿真
无论是直升机螺旋桨空气动力学、用于产生替代能源和能源效率的大型风扇，还是船用螺旋桨，都可以通过 CFD 进行流动动力学建模。与其他空气动力学仿真不同，CFD 仿真不仅针对空气流或流体流优化涡轮机械（它们已经是其中的一部分），如风和独特的空气密度，而且这些风扇还负责通过旋转机制产生并发流。在一系列物理事件中，传统的空气动力（如升力和阻力）与湍流和涡流共同存在。
CFD 空气动力学设计
虽然 CFD 关注流体的各种状态，但实际上 CFD 工具的实施流程很少会发生改变。要在求解器上运行迭代，您需要先进行网格划分，而要生成网格，就需要先获得网格的几何形状。虽然我们可以自豪地表示，我们提供业界一流的求解器功能和网格生成技术，但实际上，要考虑的物理现象和偏微分方程数不胜数，无法面面俱到。每种工具都有自己的长处，没有哪一种工具在各方面都是完美的。
空气动力学网格划分
对于从事 CFD 仿真工作的空气动力学工程师，如果被问及他们最喜欢 CFD 的哪个部分，没有任何一个人会回答说“网格划分”。网格划分不是三言两语就能说清楚的；不过，与质量低下的网格相比，良好的网格有助于求解器得出更准确的结果，也有助于更快地完成迭代。Cadence 网格划分工具能够针对复杂而重要的定义（如边界层）生成高级网格，利用 Delaunay 三角剖分和混合方法以及六面体单元，最大程度提高网格单元数量大小的准确度。
空气动力学求解与收敛
CFD 求解器一直在不断完善，力求解读更详细、更准确的网格，更稳定地运行方程，提高计算能力，节省时间和成本。在 CFD 中，空气动力学工程师希望确保求解器能够动态地运行各种纳维-斯托克斯方程和归约的大规模迭代，以确保整体设计安全。如前文所述，纯粹经过空气动力学优化的车辆可能在其他方面出现故障，如热管理、结构或其他物理现象。
后处理和空气动力学
在 CFD 工程师的工具箱里，一项极为关键的工具是后处理功能。后处理要进行多次不同的迭代，可以可视化任何设计中的潜在问题。空气动力学中最常见的后处理呈现方法是流线技术。空气动力学流线展示了流向表面和在表面周围流动的流体，用于观察排气集气、压力变化或速度变化。
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