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NUMECA中国

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NUMECA omnis是一款CFD流体集成环境，可以实现复杂的内部和外部流体分析。软件还附加OpenLabs，可以解决***状态下的的流体分析；可以从不可压缩到低和高的速度流动等。它还结合了***非结构化的六面体网格，内置目前***为先进的高效的预处理器和可压缩求解器，使得程序拥有快速凝聚的多重网格加速和自适应技术为广大用户提供***为准确流体分析数据。

NUMECA Omnis：计算流体力学与多学科设计优化的行业***者
一、NUMECA 国际公司的起源与发展
1992 年，在国际著名叶轮机械气体动力学及 CFD 专家，比利时王国科学院院士、布鲁塞尔自由大学流体力学系主任查尔斯 – 赫思（Charles Hirsch）教授的倡导下，NUMECA 国际公司正式成立。公司的诞生源于对计算流体动力学（CFD）及叶轮机械设计软件领域的深刻洞察与前瞻性布局。
其核心软件的发展根基深厚，是在布鲁塞尔自由大学流体力学系于 80 – 90 年代为欧洲宇航局（ESA）编写的 CFD 软件 — 欧洲空气动力数值求解器（EURANUS）的基础之上逐步发展而来。EURANUS 软件在当时就已展现出先进的数值分析技术，为后续 NUMECA 软件的研发奠定了坚实的理论与技术基础。
自成立以来，NUMECA 国际公司始终坚定不移地致力于高度集成及用户化的流场数值模拟软件，以及叶轮机械设计软件的研制和开发。在发展历程中，公司凭借***的技术实力和对市场需求的精准把握，逐渐在国际 CFD 市场崭露头角。特别是在叶轮机械领域，更是掀起了一股强劲的 “NUMECA 旋风”。众多国际主要叶轮机械厂家，如 Garrett、Sulzer Turbo、ABB Turbo、Thermodyn（GE）、MAN、KBB、Shinnippon Machinery、Alstom Power、Honda and Solar Turbines for Aero & Rocket Engines、Snecma、Honeywell、Rolls – Royce、KHI、Fiat Avio、Pratt & Whitney、AeroDisa、Japan Defence Agency 等，都纷纷开始大量采用 NUMECA 软件，使得公司的用户数量一直保持着快速且稳步的增长态势。
2002 年，NUMECA 公司将目光投向了中国市场，正式进入中国。随着业务的不断拓展与深化，2004 年又在台湾地区积***开展业务。截止到 2012 年，公司在中国市场已收获了来自航空航天、海洋船舶、能源动力、交通运输、兵器等众多行业的 1000 多家用户，在中国市场扎下了坚实的根基，赢得了广泛的认可与信赖。
二、NUMECA Omnis 平台的诞生背景与重要意义
随着科技的飞速发展，各行业对于产品设计、模拟和优化的需求日益复杂和多样化。在传统的设计流程中，不同环节往往由独立的软件和工具完成，这不仅导致工作效率低下，而且数据在不同软件之间的传递容易出现误差和兼容性问题。同时，多学科设计优化的需求也愈发迫切，需要一个能够整合多种学科知识和技术的平台，实现从概念设计到详细设计再到性能优化的全流程协同工作。
在这样的背景下，NUMECA Omnis 平台应运而生。Omnis 平台的诞生，旨在为用户提供一个统一的环境，将多学科设计、模拟和优化的各种工具和技术集成在一起。它的出现具有***其重要的意义，打破了传统设计流程中的壁垒，使得工程师和设计师能够在一个无缝衔接的环境中工作，大大提高了工作效率和设计质量。通过 Omnis 平台，用户可以轻松地从前期的几何模型处理、网格生成，到中期的数值模拟计算，再到后期的结果分析和优化设计，实现全流程的高效运作，***大地推动了各行业在产品研发领域的创新与发展。
三、NUMECA Omnis 平台的技术架构与核心功能
（一）技术架构
兼容性与开放性：Omnis 平台具有***的兼容性，能够与所有 NUMECA 产品***协同工作。同时，它还展现出强大的开放性，支持通过 Python 和 C++ 的应用编程接口（API）接入其他商业和开源求解器。这种兼容性和开放性，使得用户在使用过程中能够充分利用各种不同的技术资源，根据自身的具体需求定制***适合的解决方案。
客户端 – 服务器架构：采用原生的客户端 – 服务器架构，这种架构模式具有诸多优势。它能够有效地实现计算资源的合理分配与高效利用，客户端负责与用户进行交互，接收用户的操作指令并展示计算结果；服务器则专注于进行大规模的数值计算和数据存储管理。通过这种分工协作的方式，不仅提高了系统的运行效率，还增强了系统的稳定性和可扩展性，能够满足不同规模用户的多样化需求。
CAD 系统集成：Omnis 平台可以方便地导入和链接所有主要的 CAD 系统，如 CATIA、Creo、SolidWorks、NX 等。这一功能使得用户能够直接在熟悉的 CAD 环境中进行设计工作，并将设计数据无缝传输到 Omnis 平台进行后续的模拟和优化分析。避免了因数据格式转换而可能出现的问题，确保了设计数据的准确性和完整性，***大地提高了设计流程的连贯性和效率。
（二）核心功能
多物理场求解器支持：用户可以通过 Omnis 平台便捷地访问多种采用不同方法的求解器，包括基于雷诺平均纳维 – 斯托克斯方程（RANS）、非定常雷诺平均纳维 – 斯托克斯方程（URANS）、大涡模拟（LES）以及格子玻尔兹曼方法（Lattice – Boltzmann）的求解器。这些求解器各有特点和适用范围，能够满足不同类型流动问题的模拟需求。例如，RANS 方法适用于大多数工程实际问题，计算效率较高；LES 方法则能够更准确地模拟复杂流动中的湍流结构，对于对流动细节要求较高的问题具有更好的模拟效果。而且，所有这些求解器都具备在计算过程中并行可视化解决方案的功能（即协同处理），用户可以实时观察计算结果的变化，及时调整计算参数，提高计算效率和准确性。
网格生成与处理功能
Omnis/Hexpress：这是将公司先进的非结构化网格生成器 Hexpress™/Hybrid 集成到 Omnis 新环境中的产物。它不仅具备强大的网格生成能力，还集成了一系列灵活的工具，用于简化或修复 CAD 几何模型，以及创建多个设计变体。这些设计修改可以高效且直观地进行网格划分和模拟。其具备的关键特性包括：能够方便地导入和编辑 CAD 模型，在导入过程中自动检测和修复模型中的一些常见问题，如缝隙、重叠等；可以动态调整三角剖分，根据模型的几何特征和用户的需求，智能地生成高质量的网格；利用先进的工具对几何模型进行修复，确保模型的完整性和准确性；支持定义和划分多个设计的网格，用户可以在同一环境中快速对比不同设计方案的网格质量和模拟结果；能够充分发挥 Hexpress™/Hybrid 的***先进功能，如用户可以在混合网格和全六面体网格之间自由选择，根据不同的计算需求和模型特点优化网格类型；提供灵活的细化选项，用户可以针对模型中的关键区域进行局部网格细化，提高计算精度，同时又不会增加过多的计算量；并且具备***并行计算的能力，大大缩短了网格生成的时间，提高了工作效率。在完成网格生成后，还可以通过质量直方图和彩色等高线对结果进行分析，根据质量标准范围隔离和显示特定的网格单元，以便用户直观地了解网格质量情况。***后，生成的网格可以导出为多种格式，不仅可以与 NUMECA 自身的求解器配合使用，还能与其他常见的求解器，如 ANSYS Fluent 和 CFX、OpenFOAM、Siemens STAR – CCM + 等兼容，为用户提供了***大的灵活性。
网格处理优势：在处理复杂几何模型时，Omnis 平台的网格生成与处理功能展现出独特的优势。例如，在航空发动机的叶轮机械设计中，叶轮的几何形状***复杂，存在大量的曲面和微小特征。Omnis/Hexpress 能够快速准确地对这样的模型进行网格划分，生成高质量的网格，并且通过灵活的细化选项，对叶片表面、叶尖间隙等关键区域进行局部网格加密，从而在***计算精度的同时，有效地控制计算量。与传统的网格生成方法相比，大大缩短了网格生成时间，提高了设计效率。
多学科设计与优化功能：Omnis 平台为多学科设计与优化提供了强大的支持。它能够整合多个学科的知识和技术，如流体力学、结构力学、热力学等，实现多学科之间的协同优化。在实际应用中，例如在汽车发动机的设计过程中，工程师可以同时考虑流体流动对发动机性能的影响、结构强度对发动机可靠性的影响以及热传递对发动机散热的影响等多个因素。通过 Omnis 平台，将这些不同学科的分析工具和优化算法集成在一起，建立多学科优化模型。在优化过程中，平台能够自动调整设计变量，如发动机的进气道形状、燃烧室结构、冷却系统布局等，同时考虑多个学科的约束条件，以实现发动机在性能、可靠性和散热等方面的综合***。这种多学科设计与优化功能，使得产品在设计阶段就能充分考虑到各种实际因素，提高产品的整体性能和竞争力。
数据管理与分析功能：在整个设计、模拟和优化过程中，会产生大量的数据。Omnis 平台具备强大的数据管理与分析功能，能够对这些数据进行有效的组织、存储和管理。用户可以方便地查询、检索和调用历史数据，对比不同设计方案的模拟结果，分析数据的变化趋势。同时，平台还提供了丰富的数据可视化工具，将复杂的数据以直观的图表、图形等形式展示出来，帮助用户更好地理解数据背后的物理意义，从而做出更明智的决策。例如，在对风力发电机的流场模拟结果进行分析时，用户可以通过平台的数据可视化功能，直观地看到叶片表面的压力分布、速度矢量图以及尾流场的形态等信息，通过对这些数据的深入分析，优化叶片的设计，提高风力发电机的发电效率。
四、NUMECA Omnis 平台的应用领域
（一）航空航天领域
飞行器设计与优化：在飞机设计过程中，机翼的气动性能对飞机的飞行性能和燃油效率有着至关重要的影响。利用 Omnis 平台，工程师可以对机翼的形状进行多学科优化设计。通过流场模拟，分析不同机翼外形下的气流分布和压力变化，结合结构力学分析，确保机翼在满足气动性能要求的同时，具备足够的结构强度和稳定性。同时，考虑到飞机在不同飞行状态下的需求，如起飞、巡航和降落，通过多工况模拟和优化，使机翼的设计能够在各种条件下都实现***性能。例如，在某新型客机的机翼设计中，采用 Omnis 平台进行优化后，机翼的升阻比提高了 8%，有效降低了飞机的燃油消耗，提高了经济效益。
发动机性能提升：航空发动机作为飞机的核心部件，其性能的优劣直接决定了飞机的性能。Omnis 平台在发动机设计与性能优化方面发挥着关键作用。通过对发动机内部复杂流场的精确模拟，包括进气道、压气机、燃烧室和涡轮等部件的流场分析，工程师可以深入了解发动机内部的流动特性，找出影响性能的关键因素。例如，通过模拟燃烧室中的燃烧过程，优化燃烧室内的燃油喷射方式和气流组织，提高燃烧效率，降低污染物排放。在某款新型航空发动机的研发中，借助 Omnis 平台对压气机进行优化设计，使压气机的效率提高了 5%，从而显著提升了发动机的整体性能。
航空推进系统的创新研发：随着航空航天技术的不断发展，对航空推进系统的性能和效率提出了更高的要求。Omnis 平台为新型航空推进系统的创新研发提供了有力的支持。例如，在对超燃冲压发动机的研究中，利用平台的多物理场求解器，模拟超燃冲压发动机在高速飞行条件下的复杂燃烧和流动过程，包括超音速气流中的燃料混合、点火和燃烧等现象。通过对模拟结果的分析，优化发动机的结构设计和工作参数，推动超燃冲压发动机技术的发展，为未来高速飞行器的发展奠定基础。
（二）能源动力领域
燃气轮机与蒸汽轮机的优化：燃气轮机和蒸汽轮机是能源动力领域的重要设备，其性能的优化对于提高能源利用效率和降低发电成本具有重要意义。Omnis 平台可以对燃气轮机和蒸汽轮机的内部流场进行详细模拟，分析叶片的气动性能、级间匹配以及通流部分的流动损失等。通过优化叶片的形状和叶型，调整级间间隙和气流角度，提高轮机的效率和输出功率。例如，在某燃气轮机的改造项目中，利用 Omnis 平台进行优化设计后，燃气轮机的热效率提高了 3%，每年可为电厂节省大量的燃料成本。
风力发电设备的设计改进：在风力发电领域，风力发电机的叶片设计是影响发电效率和可靠性的关键因素。Omnis 平台能够对风力发电机叶片在不同风速和风向条件下的气动性能进行模拟分析，考虑叶片的弹性变形和动态响应，优化叶片的外形和结构。通过多学科优化设计，提高叶片的风能捕获效率，降低叶片的疲劳载荷，延长叶片的使用寿命。例如，某风力发电设备制造商采用 Omnis 平台对新型叶片进行设计优化后，叶片的发电效率提高了 10%，同时叶片的疲劳寿命提高了 20%，有效提高了风力发电项目的经济效益。
能源转换与存储系统的模拟分析：随着能源需求的不断增长和能源结构的调整，能源转换与存储系统的研究和开发变得越来越重要。Omnis 平台可以用于模拟各种能源转换与存储系统中的复杂物理过程，如燃料电池中的电化学反应与流体流动耦合过程、电池储能系统中的热管理和离子传输过程等。通过对这些过程的深入了解，优化系统的设计和运行参数，提高能源转换与存储的效率和稳定性。例如，在对某新型燃料电池系统的研究中，利用 Omnis 平台模拟电池内部的流场和电化学反应过程，优化电池的结构和操作条件，使燃料电池的发电效率提高了 15%，为燃料电池的商业化应用提供了技术支持。
（三）汽车与交通运输领域
汽车空气动力学性能优化：汽车的空气动力学性能对其燃油经济性、行驶稳定性和操控性都有着重要影响。Omnis 平台通过对汽车外部流场的模拟分析，研究汽车在不同行驶速度下的气流分布和压力变化，找出影响空气动力学性能的关键部位，如车身外形、前脸造型、车尾设计以及底盘结构等。通过优化这些部位的设计，降低汽车的风阻系数，提高行驶稳定性。例如，某汽车制造商在一款新车型的设计中，利用 Omnis 平台进行空气动力学优化，使汽车的风阻系数降低了 8%，在保持相同动力性能的情况下，燃油经济性提高了 5%。
发动机冷却与散热系统设计：汽车发动机在运行过程中会产生大量的热量，需要有效的冷却与散热系统来***发动机的正常工作。Omnis 平台可以对发动机冷却系统中的冷却液流动和散热过程进行模拟分析，包括散热器、冷却风扇、冷却液管道等部件的性能评估。通过优化冷却系统的结构和布局，提高散热效率，确保发动机在各种工况下都能保持适宜的工作温度。例如，在某款高性能汽车发动机的冷却系统设计中，采用 Omnis 平台进行优化后，发动机的***高工作温度降低了 10℃，有效提高了发动机的可靠性和耐久性。
轨道交通车辆的气动噪声控制：随着轨道交通速度的不断提高，气动噪声问题日益突出。Omnis 平台可以用于模拟轨道交通车辆在高速运行时的气动噪声产生机理，分析车辆外形、受电弓、转向架等部件对气动噪声的影响。通过优化车辆的外形设计和部件结构，采用降噪措施，如安装导流罩、优化受电弓形状等，降低气动噪声水平，提高乘客的乘坐舒适性。例如，在某城市轨道交通车辆的设计改进中，利用 Omnis 平台进行气动噪声模拟和优化，使车辆在***高运行速度下的车内噪声降低了 3dB (A)，显著改善了乘客的乘车环境。
（四）海洋船舶领域
船舶阻力与推进性能优化：船舶的阻力和推进性能直接关系到船舶的航行速度、燃油消耗和运营成本。Omnis 平台通过对船舶周围流场的数值模拟，分析船舶在不同航行状态下的阻力成分，包括摩擦阻力、兴波阻力和粘压阻力等。通过优化船舶的船体外形、船型参数以及推进器的设计，降低船舶的阻力，提高推进效率。例如，在某大型集装箱船的设计中，利用 Omnis 平台进行优化后，船舶的阻力降低了 12%，在相同功率下，航行速度提高了 5%，同时燃油消耗降低了 10%，为船东带来了显著的经济效益。
船舶动力系统的性能分析：船舶动力系统包括主机、辅机、传动装置和推进器等多个部件，其性能的优劣直接影响船舶的运行可靠性和经济性。Omnis 平台可以对船舶动力系统中的流体流动、热传递和机械传动等过程进行多物理场耦合模拟分析，评估动力系统各部件的性能和相互匹配情况。通过优化动力系统的设计和运行参数，提高系统的整体效率和可靠性。例如，在对某船舶主机的性能优化中，利用 Omnis 平台模拟主机内部的燃烧过程和废气排放，优化主机的燃油喷射系统和燃烧策略，使主机的燃油消耗降低了 8%，同时减少了污染物的排放。
海洋工程装备的流固耦合分析：海洋工程装备，如海上钻井平台、浮式风机等，在海洋环境中受到复杂的流体载荷作用，同时自身结构也会发生变形和振动，因此需要进行流固耦合分析。Omnis 平台具备强大的流固耦合模拟能力，可以考虑流体与结构之间的相互作用，分析海洋工程装备在风浪流等复杂环境下的响应。通过对模拟结果的分析，优化装备的结构设计和系泊系统，提高其在恶劣海洋环境下的安全性和可靠性