數值計算作為現代科學研究的主流方法之一,廣泛應用于航空航天、氣象預報、軌道交通和熱能動力等領域。隨著科技人員對流動分辨率的要求不斷提高,計算規模的不斷增長,傳統計算機的算力無法進一步提高該領域的工程設計效率。
在此應用背景下,本源量子于2021年發布了首款基于量子計算原理的計算流體動力學軟件——本源量禹。本源量子團隊結合用戶需求對軟件功能和交互邏輯進行了優化,于近日發布了本源量禹2.0版本(后稱“QCFD 2.0”),并將該軟件中英文版上線至本源量子云平臺官網,供用戶下載使用。
有哪些變化?1.更強大的量子線性求解器
- 優化了子空間處理模塊:原FOM(Full Orthogonalization Method)方法盡管具有優良的收斂速度,但方法穩定性差,在高精度CFD計算中易崩潰。新版本我們基于穩定性更好的GMRES(Generalized Minimum Residual)方法和原始FOM方法開發了全新的混合方法(MIX),即保留了GMRES方法絕對穩定的優勢,也盡量保持了FOM方法收斂速度快的優勢。
子空間方法 | 計算結果 | 總迭代步數 |
FOM | 崩潰 | / |
GMRES | 收斂 | 16706 |
混合 | 收斂 | 4589 |
(算例:二維可壓縮頂蓋驅動流動,網格大小為32*32,求解器精度為1E-6,流場收斂判據為1E-4)
新增子空間變分量子線性求解器(VQLS),在具備求解穩定和精度高的優點的基礎上,該量子算法更易于對接真實量子計算機。
2.豐富的后處理功能選項配置
- 增添監測報告功能,方便用戶實時監測流場中物理量的變化;
- 增添流線圖、矢量圖以及等值線圖顯示功能,可以極大滿足用戶對流場可視化的需求。
3.全新的UI界面和操作邏輯從改善用戶使用體驗出發,QCFD2.0擁有全新的UI界面和操作邏輯,降低了用戶操作門檻。
4.新增英文版本
簡明教程
圓柱繞流作為經典的流體力學問題,具有豐富的實驗結果,常用于驗證計算方法和模型的有效性,圓柱繞流的研究對航空領域和海洋工程也具有非常重要的實際意義。
典型算例汽車數值風洞:風洞試驗的可靠性一般較高,但其具有成本高、周期長和全流場定量分析困難等局限性,CFD計算可以有效地克服風洞試驗的局限性,降低風洞試驗次數,因此被廣泛應用于汽車設計研發中。
跨聲速機翼:一般將馬赫數介于0.8到1.3之間的流動定義為跨聲速流動,屬于可壓縮流動范疇,廣泛存在于民用航空飛行器領域。
高超聲速流動:一般將馬赫數大于5的流動定于為高超音速流動,屬于可壓縮流動范疇,廣泛應用于航天領域。
應用前景
氣動設計:量子CFD能夠實現氣動優化設計過程中的高效模擬,改進飛行器的氣動布局,提高飛行器的升阻比。
航海領域:在航海領域,借助量子CFD分析和優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設計,提高建筑群的結構安全性,優化室內風暖。
綜上所述,探索并利用量子技術提高工程設計效率,不僅具有重要的戰略意義,同時也能帶來巨大的經濟效益!
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