高精度CFD建模：真实流场条件下旋转高尔夫球的流体动力学仿真
- 新型高阶计算流体动力学方法模拟旋转高尔夫球最精准物理特性。
- 纳入所有真实参数，在可接受时间内求解流体物理问题。
挥杆机制中多个参数影响高尔夫球旋转。职业高尔夫球手击球速度可达215 km/h，产生约3000 rpm旋转率，直接影响球飞行轨迹。
高尔夫球设计目标：最大化直线飞行距离，同时减小阻力和侧向力变化，最大化回旋产生的升力。
为理解高尔夫球各场景性能、收集下一代球研发数据，斯坦福大学研究者开发了迄今最先进的静态和旋转高尔夫球仿真，几乎纳入所有真实参数。
融合运动空气动力学
高尔夫球设计最关键是表面微小凹坑。凹坑深度、尺寸、位置决定不同场景下球的空气动力学特性。且需掌握每个凹坑流场细节才能精准确定这些特性。
首次，研究者展示了真实环境下旋转高尔夫球的高阶计算流体动力学仿真。生成网格和网格运动时，结合通量重构技术与人工边界overset方法。
高尔夫球表面与网格分辨率 | 研究者提供
开发新可视化算法利用新建硬件加速器。基于大涡模拟(LES)方法，无亚网格模型。在更短时间内求解高度复杂的流体物理方程。
算法能在NVIDIA Tesla GPU上高效计算球周围湍流场。使用斯坦福大学Xtream GPU计算集群同类处理单元，算力达1 petaflop。
高阶技术如通量重构在直接数值模拟(DNS)或大涡模拟(LES)设置中特别有用。与传统二阶CFD技术相比，它们能以更少自由度模拟涡主导流动，在新型处理器上执行更高效。
参考：arXiv:1806.00378 | 斯坦福大学
原因在于每字节内存消耗执行的浮点运算更高。前代算法在GPU上难达3%峰值性能，新方法在同等硬件上达50%以上峰值性能。
该方法可扩展至其他运动球类
y=0处流线与速度幅值场 | 研究者提供
该方法成果远超以往计算技术。运行雷诺数（无量纲数，表征流体行为）不超过500,000。
阅读：新水流仿真可实时捕捉每个微小细节
这种高保真仿真技术也可应用于其他运动：低速帆船、冰球、中等速度自行车。还可用于涡轮机械、小型无人飞行器、多旋翼、高升力系统。
工业技术