真实流动条件下旋转高尔夫球的高精度 CFD 建模
- 新的高阶计算流体动力学方法可以模拟旋转高尔夫球最精确的物理过程。
- 它考虑了所有现实世界参数，并在相当长的时间内计算流体物理问题。
挥杆力学中有几个参数会影响高尔夫球产生的旋转。职业高尔夫球手可以以高达 215 公里/小时的速度击球，从而产生约 3000 转/分钟的旋转速度。该速率影响球在空中的飞行。
设计高尔夫球的目标是最大化其直线飞行范围，同时减少其阻力和侧向力的变化，并最大化后旋产生的升力。
为了了解高尔夫球在各种场景下的性能，并收集开发下一代球的信息，斯坦福大学的研究人员提出了最先进的静态和旋转高尔夫球模拟，几乎考虑了所有现实世界的参数。
融入运动空气动力学
高尔夫球设计中最关键的部分是球周围的小凹坑。这些凹坑的深度、大小和位置决定了球在不同情况下的空气动力学特性。此外，需要了解每个凹坑的流动细节才能准确确定这些属性。
研究人员首次提出了现实环境中旋转高尔夫球的高阶计算流体动力学模拟。为了生成网格和网格运动，他们将通量重建技术与人工边界重叠方法相结合。
高尔夫球表面和网格分辨率| 由研究人员提供
他们开发了新的可视化算法来利用最近构建的硬件加速器。它们基于大涡模拟方法，没有子网格模型。这可以在更短的时间内计算出高度复杂的流体物理方程。
这些算法可以在 NVIDIA Tesla GPU 上高效计算球周围的湍流流场。他们在斯坦福大学的 Xtream GPU 计算集群上使用了相同的处理单元，计算能力为 1 petaflop。
通量重建等高阶技术在直接数值模拟或大涡模拟设置中特别有用。与传统的二阶计算流体动力学技术相比，它们能够以更少的自由度模拟涡流主导的流动，并且在新处理器上执行更高效。
参考：arXiv:1806.00378 |斯坦福大学
出现这种情况是因为每种算法消耗的每个内存字节执行的浮点运算更高。之前的算法在GPU上很难达到3%的峰值性能，而新方法在相同硬件上实现了50%以上的峰值性能。
此方法也可用于其他运动球
y=0 处的流线和速度幅度场 |由研究人员提供
与以前的计算技术相比，该方法产生了更好的结果。它在雷诺数（显示流体行为的无量纲数）不超过 500,000 时起作用。
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这种高保真模拟技术还可以应用于其他运动应用，例如慢速帆船、冰球和中速自行车。它还可用于涡轮机械、小型无人飞行装置、多旋翼飞行器和高升力系统。
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