最小化人工粘性

在模拟运动几何体时，常见的方法是使用随几何体运动的网格。运动的网格会产生额外的数值（人工）粘性，这会导致流场特性被模糊，从而降低计算的精度。然而，在CONVERGE中，网格是静止的，使得人工粘性趋向于最小化。CONVERGE包含优化的自动网格生成算法，通过在每个时间步创建新的网格来适应几何体的运动，从而提高准确性。

为复杂几何体使用笛卡尔网格

处理复杂几何体的一种有效方法是使用非笛卡尔网格（如最常见的四面体网格）。当CFD模拟中采用这类网格，同时又存在运动边界时，网格可能会变形并导致缺陷。这些缺陷可能导致计算不稳定，甚至有时无法得到计算结果。CONVERGE采用的笛卡尔网格在数值上是稳定的，这大大减少了用户调试模型的时间。

不过传统的笛卡尔网格的也存在一些挑战：几何体通常通过阶梯状方法或在边界单元上进行单平面切割来简化壁面附近的网格处理。这些做法会降低计算的准确性。而在CONVERGE中，这不再是一个问题。因为CONVERGE采用了独特的单元切割法，完美地保真用户提供的原始几何形状。另一个挑战是解决与网格方向倾斜的壁面的边界层网格。对于边界层问题，CONVERGE的自适应网格细化功能可以增加边界附近网格的分辨率，使网格尺寸足以预测边界层效应。

全耦合化学反应获得最佳结果

CONVERGE的详细化学动力学求解器是一个强大的工具，可用于模拟各种系统中的详细化学过程。该详细化学求解器对所有用户免费提供，并且与流动求解器完全耦合。这一独特特性对于获得准确、高效的结果至关重要。

加速计算

CONVERGE采用多种加速策略（如Adaptive zoning），使其详细化学求解器尽可能高效计算。设置这些加速策略非常简单，并且可以将不同策略结合在一起使用。

不仅仅是化学——还有自动网格划分

除了全耦合化学反应外，CONVERGE还包含自动网格划分与自适应网格加密功能，以便在需要的时间和空间进行加密。强大的网格工具创建了一套准确而高效的网格，从而获得网格收敛的结果。这种网格划分方法对于利用详细化学算法至关重要。

持续创新

Convergent Science 持续致力于燃烧模拟方面的改进。为了支持这一目标，公司创立了计算化学联盟（C3），该联盟汇集了工业、学术和政府合作伙伴，共同开发包含PAH和NOx的详细机理，并开发了用于生成替代和多燃料机理、改进、简化和合并机理的工具，并使用定容燃烧器和发动机数据来验证这些机理。

复杂现象模拟的挑战

在内燃机、压缩机或燃气轮机等系统中，复杂性无处不在。为了获得准确的结果，CFD软件必须包含强大的物理模型，并且必须自动耦合这些模型，以考虑多个物理过程同时发生的情况。

满足您需求的多种选项

CONVERGE包含了多种最先进的物理模型，涵盖化学反应、湍流、多相流、喷雾和辐射等现象。软件自动耦合这些模型，无需用户手动操作。如果用户需要更短的运行时间，可以选择使用简化的燃烧模型。如果非常关注精度，CONVERGE的详细化学反应求解器将帮助用户获得最优结果。对于湍流模型，用户可以选择多种RANS和LES模型。对于喷雾模型，CONVERGE能够捕捉从液体注入、雾化、破碎到液滴-壁面相互作用和蒸发的物理过程。CONVERGE还包括多种VOF模型选项，用于模拟多相流。

Convergent Science的软件工程师不断添加和完善CONVERGE中的物理模型，并与其他组织合作，确保CONVERGE中的物理模型始终处于最先进状态。例如，他们多年来一直与IFP Energies nouvelles合作，不断改进和追加新的燃烧、点火和尾气后处理模型到CONVERGE中。他们不断深入研究，确保CONVERGE能够在最短的时间内提供准确的、具有预测性的模拟结果。

预测性的流体-固体传热

在现实世界中，流体流动的模拟不能简单地假设容器壁面处于恒定温度或绝热状态。实际上，固体与周围流体之间的传热会耦合两种材料的温度场，因此CFD软件必须能够考虑这一现象。CONVERGE提供了一个先进的共轭传热(CHT)模型，用于同时预测流体和固体域之间的热传递，这对于许多应用至关重要。

模拟共轭传热的应用场景

• 内燃机

内燃机行业正朝着模拟整个系统而非独立组件的方向发展。气缸内预测的燃烧准确性依赖于气缸壁的温度边界条件。通过考虑金属组件（如气缸盖、缸套、活塞等）的热传递，气缸壁的温度不再是用户指定的，而是作为完整系统模拟的一部分来预测。这使得整体模拟结果更具预测性，减少了对假设的边界条件的依赖。

• 电动汽车（Electromobility）

对于电动汽车的各个组件，有效的冷却策略至关重要。电动机具有高功率密度，会产生大量热量。如果电动机冷却不当，高温可能导致永磁体退磁和绕组绝缘破损。在CONVERGE中，您可以使用CHT模型模拟各种电机冷却方式，包括空气冷却、水套冷却和喷油冷却。

对于锂电池组，CHT模拟对于在正常工作条件下的冷却分析和特殊条件下的热失控预测至关重要。在电池单元达到触发一系列放热反应的温度时会发生热失控，从而会导致温度持续上升。CONVERGE允许您预测失控的电池单元是否会导致相邻电池单元启动热失控，而这种热失控的传递可能对电池组造成灾难性影响。

• 后处理系统

预测和减轻尿素沉积物形成是尿素/SCR后处理系统的关键挑战。当尿素水溶液喷入发动机排气系统时，它会以液态膜的形式撞击在壁上。尿素的分解和不良沉积物的形成高度依赖于壁温。因此捕捉液膜与壁面之间的热传递非常重要。预测壁温有助于识别容易在壁上产生尿素结晶的区域。

• 航空航天：提高燃气轮机发动机效率的一种方法是增加燃烧室内的温度。这些温度通常超过用于构建燃气轮机燃烧室的金属合金的熔点，因此需要设置冷却燃烧室壁的措施。使用CONVERGE，您可以准确预测燃烧室壁温，并分析各种冷却方法，如喷气冷却、冲击冷却和膜式冷却。

                                   燃油涡轮发动机燃烧室金属衬里的热流密度

• 泵和压缩机：解决泵和压缩机中空间变化的表面温度分布可以提高模拟的准确性，并提供有用的温度数据。例如，在双螺杆压缩机中，热膨胀会影响转子之间的间隙。如果没有捕捉到这种效应，模拟将错误地预测泄漏量，并降低结果的准确性。通过使用CONVERGE的CHT模型考虑转子温度，您可以分析热膨胀，准确预测间隙大小。

加速CHT计算

计算流体和固体耦合传热模型的挑战之一是流体中与固体中的热传递时间尺度相差巨大。一般来说，固体中的热传递比流体的对流和扩散时间尺度慢很多。这种时间尺度的差异对CFD模拟来说是一个很大的问题，因为长时间物理周期的模拟可能在计算上需要非常高昂的代价。

CONVERGE提供了一种称为超循环（super-cycling）的方法来克服时间尺度的差异。在超循环中，定期冻结流体求解器，让固体中的传热快速达到稳态。CONVERGE在同一模型中计算流体和固体，无需停止和重新启动计算。超级循环显著降低了CHT模拟的计算成本。

CONVERGE中的另一种加速策略是流场冻结（Fix Flow），这对于流场变化比计算域中其它物理现象慢的情形非常有用。通过阶段性冻结流场（仅在短时间内开放求解流场），减少了模拟的计算开销。这对于需要模拟长时间物理周期的情况特别有用。

捕捉现实世界的流固耦合

在现实世界中，固体会影响周围流体的流动，而流体流动也会影响固体的运动。这种流体与固体之间的相互作用在工程应用中经常发生，准确捕捉这些相互作用对于获得真实的模拟结果至关重要。CONVERGE提供了多种强大的流固耦合（FSI）建模能力，包括刚体和非刚体FSI以及固体间接触模拟。

刚体FSI

CONVERGE的刚体FSI模型适用于不会由于剪切、拉伸或压缩力发生形变的固体部件。在该模型中，每个时间步都会进行流场求解，并使用计算得到的压力和粘性力来推进FSI对象。此外，CONVERGE具有隐式FSI模拟功能，当模拟密度相似的流体和固体时，可以增加求解器的稳定性。隐式FSI为许多应用打开了大门，例如模拟浮式风力涡轮机和海底油气应用。

梁变形

除了刚体FSI外，CONVERGE还支持一些非刚体结构的FSI模拟。FSI梁模型对于诸如簧片阀等应用非常有用。它将对象视为一维的欧拉-伯努利梁，并求解一个简化的有限元问题，以找到由于流体力而产生的梁的变形。

通过外部FEA软件耦合计算复杂变形

CONVERGE通过与Dassault Systèmes提供的Abaqus有限元分析（FEA）软件耦合，使得模拟由FSI引起的复杂固体变形成为可能。在这种耦合方法中，CONVERGE计算流体力，并在每个时间步将它们传递给Abaqus。Abaqus求解器使用这些力通过FEA方法计算固体的变形，然后将变形数据传回CONVERGE。与Abaqus的耦合允许您研究包括进气阀或排气阀在流体流动下变形、簧片阀因扭转力的变形，或生物医学应用中的膜变形等复杂问题。

接触模拟

CONVERGE的接触模型可用于模拟运动固体与静止固体结构或与其它运动固体间接触的情况。该模型在FSI对象撞击周围边界或物体时确定其新的速度，可用于模拟泵、压缩机或流量控制装置中颤振阀等应用。

多物理场模拟

CONVERGE的FSI模拟可以与其它物理模型结合使用，以模拟复杂的多物理场问题。例如，将FSI与对流换热模型相结合，可以让您获得FSI对象中的瞬态或稳态温度分布。通过FSI和VOF模型结合，您可以模拟许多海上和海洋应用，以及泵阀中的空化和压缩机阀中的液膜相互作用。

多相流模拟

多相流在工程应用中非常普遍，例如齿轮润滑、油箱晃动、喷嘴内流等。但通过CFD模拟多相流是一件非常有挑战性的工作。不同相之间的密度差异很大，要在较长时间内解析一个清晰的界面可能会导致计算成本过高。CONVERGE的VOF方法是一种欧拉-欧拉方法，专门用于模拟多相流。通过自动网格生成和多种界面追踪算法，CONVERGE的VOF模型能够有效且准确地模拟多相流，即使是在具有运动边界的复杂几何形状中也是如此。

保持清晰的界面

CONVERGE包含多种方法来协助捕捉VOF中清晰的流体-流体界面。HRIC方案同时兼顾了准确性和稳定性，并且可以用于可压缩和不可压缩流体。对于不可压缩流动，PLIC可以比HRIC保持更清晰的界面，并能准确解析拓扑变化。

Flux-Corrected Transport（FCT）限制了数值扩散误差，有助于保持流体之间的清晰界面。这种方法可以用于可压缩和不可压缩流动，并且适用于任意数量的液体和气体组分。 Surface Compression(SC)是一种表面锐化技术，通过减少流体界面的数值扩散，有助于实现视觉上更真实的结果，因为它允许捕捉更小尺度的结构。与FCT一样，SC可以用于可压缩和不可压缩流动，并且适用于任意数量的液体和气体组分。如果应用需要，您还可以同时使用FCT和SC来获得更清晰的相界面。

Mixture模型可用于分离混杂在一起的多种流体。每种组分可以有不同的漂移速度，因此Mixture模型可以模拟由于重力或惯性效应而导致的相间分离或不相溶的液体。此外，Mixture模型还可用于模拟气力输送和充满气泡、浆料或液滴/颗粒的流动等现象。

此外，Mixture模型可以单独使用，或与FCT结合使用，以减少数值扩散并在VOF模拟期间保持清晰的界面。Mixture模型适用于可压缩和不可压缩流动，并且适用于任意数量的液体和气体组分。使用Mixture模型时，您可以选择启用 long-scale interface 模型，该模型确定在那些流体网格中可以关闭Mixture模型，可以显著降低仿真的计算成本。

自适应网格加密

在CONVERGE中，您不必为了速度而牺牲精度。您可以通过将CONVERGE的VOF方法与自适应网格加密（AMR）结合使用来加速模拟，根据局部孔隙率(void fraction)自动增加相界面的网格分辨率。AMR通过仅在需要时添加网格来减少数值扩散，并帮助您以合理的计算成本解析相界面。

VOF-Spray单向耦合

VOF方法非常适合详细模拟喷嘴内部的多相流动，但使用欧拉-欧拉模型解析随后的喷雾破碎现象计算成本非常高。CONVERGE中的VOF-Spray单向耦合允许您使用VOF方法模拟喷嘴内部和喷嘴附近区域的连续流动，然后使用VOF数据对拉格朗日喷雾进行初始化。VOF模型捕捉了由于壁面效应和针阀运动而导致的不同喷嘴之间的差异，而拉格朗日颗粒模拟则在更高效的模型中包含了喷雾破碎、碰撞、阻力和蒸发。

处理复杂几何

CONVERGE Studio拥有强大的原生工具来创建、操作和修复几何形状，以确保用户进行CONVERGE模拟所需的无瑕疵表面。为了扩展我们的能力，我们与Polygonica和Sculptor合作，将额外的工具包集成到CONVERGE Studio中。这些工具加快了几何清理过程，并简化了预处理流程。

支持云计算

虽然小型的CONVERGE CFD模拟可以在本地机器上串行执行，但对于更大型的模拟，使用并行运行的服务器集群更为高效。我们知道一个企业要维护自己的服务器并非易事，因此我们与云服务提供商合作，让您可以按使用量付费的方式运行CONVERGE。

CONVERGE + GT-SUITE

CONVERGE和GT-SUITE提供了无缝的集成方案，允许用户充分利用两个程序的强大功能。

GT-SUITE用户可以使用GT-CONVERGE，这是CONVERGE的简化版本，包括CONVERGE的强大和准确的三维流动求解器，可以模拟复杂几何对象，无需用户进行网格划分。

GT-CONVERGE具有易于使用的界面，可以快速设置算例并进行参数化研究，一次创建多个案例。

拥有GT-SUITE许可的CONVERGE用户可以利用CONVERGE的详细化学反应求解器、多相流和其它强大功能，同时进行高级的CONVERGE + GT-SUITE耦合模拟。耦合应用包括发动机缸内耦合、排气后处理耦合和流体-结构耦合。

可视化、分析、优化

模拟完成后，您需要某种方法来可视化结果。为了简化工作流程，CONVERGE软件包括一个免费的Tecplot for CONVERGE许可。您还可以使用ParaView可以直接读取CONVERGE三维输出文件。CONVERGE的post_convert_工具可以轻松将三维结果据转换为包括EnSight和FieldView在内的多种其他后处理格式。