数值计算作为现代科学研究的主流方法之一,广泛应用于航空航天、气象预报、轨道交通和热能动力等领域。随着科技人员对流动分辨率的要求不断提高,计算规模的不断增长,传统计算机的算力无法进一步提高该领域的工程设计效率。
在此应用背景下,本源量子于2021年发布了首款基于量子计算原理的计算流体动力学软件——本源量禹。本源量子团队结合用户需求对软件功能和交互逻辑进行了优化,于近日发布了本源量禹2.0版本(后称“QCFD 2.0”),并将该软件中英文版上线至本源量子云平台官网,供用户下载使用。
有哪些变化?1.更强大的量子线性求解器
- 优化了子空间处理模块:原FOM(Full Orthogonalization Method)方法尽管具有优良的收敛速度,但方法稳定性差,在高精度CFD计算中易崩溃。新版本我们基于稳定性更好的GMRES(Generalized Minimum Residual)方法和原始FOM方法开发了全新的混合方法(MIX),即保留了GMRES方法绝对稳定的优势,也尽量保持了FOM方法收敛速度快的优势。
子空间方法 | 计算结果 | 总迭代步数 |
FOM | 崩溃 | / |
GMRES | 收敛 | 16706 |
混合 | 收敛 | 4589 |
(算例:二维可压缩顶盖驱动流动,网格大小为32*32,求解器精度为1E-6,流场收敛判据为1E-4)
新增子空间变分量子线性求解器(VQLS),在具备求解稳定和精度高的优点的基础上,该量子算法更易于对接真实量子计算机。
2.丰富的后处理功能选项配置
- 增添监测报告功能,方便用户实时监测流场中物理量的变化;
- 增添流线图、矢量图以及等值线图显示功能,可以极大满足用户对流场可视化的需求。
3.全新的UI界面和操作逻辑从改善用户使用体验出发,QCFD2.0拥有全新的UI界面和操作逻辑,降低了用户操作门槛。
4.新增英文版本
简明教程
圆柱绕流作为经典的流体力学问题,具有丰富的实验结果,常用于验证计算方法和模型的有效性,圆柱绕流的研究对航空领域和海洋工程也具有非常重要的实际意义。
典型算例汽车数值风洞:风洞试验的可靠性一般较高,但其具有成本高、周期长和全流场定量分析困难等局限性,CFD计算可以有效地克服风洞试验的局限性,降低风洞试验次数,因此被广泛应用于汽车设计研发中。
跨声速机翼:一般将马赫数介于0.8到1.3之间的流动定义为跨声速流动,属于可压缩流动范畴,广泛存在于民用航空飞行器领域。
高超声速流动:一般将马赫数大于5的流动定于为高超音速流动,属于可压缩流动范畴,广泛应用于航天领域。
应用前景
气动设计:量子CFD能够实现气动优化设计过程中的高效模拟,改进飞行器的气动布局,提高飞行器的升阻比。
航海领域:在航海领域,借助量子CFD分析和优化可以降低船舶航行阻力。
民生工程:民生工程方面,可以借助量子CFD设计,提高建筑群的结构安全性,优化室内风暖。
综上所述,探索并利用量子技术提高工程设计效率,不仅具有重要的战略意义,同时也能带来巨大的经济效益!
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