1 LBM简介

格子玻尔兹曼法（Lattice Boltzmann Method）简称LBM，是一种CFD算法，可求解流动、传热等常见CFD问题。

LBM基于格子玻尔兹曼方程（LBE），从介观尺度（mesoscope）描述了流体运动。LBE的通用表达形式为：

式中，左边为迁移项（streaming term），右边为碰撞项（collision term），fi 为粒子分布函数。

对粒子分布函数进行积分处理，可得流体密度、宏观流体速度、流体压力等宏观物理量。

目前市场主流还是FVM（有限体积法），LBM应用相对较少，但呈现上升态势，特别是气动声学等对湍流计算准确性要求较高的领域。

2 PowerFlow应用领域

PowerFlow是EXA公司开发的基于LBM的CFD仿真软件。在2017年，达索收购EXA后，PowerFlow正式并入达索Simulia产品线。

得益于多年不断的更新和进步，PowerFlow已是成熟稳定的基于LBM的商用软件，其主要应用于空气动力学性能分析、气动噪声分析、热管理等领域。

PowerFlow汽车气动仿真

PowerFlow的飞行器噪声仿真

相对于FVM，LBM优势在于：

1 湍流计算准确性更好

FVM常用离散格式均存在不同程度的数值耗散。LBM的数值耗散不明显，湍流计算效果更好。

2 并行性能更好

由于LBM是线性方程，且各个部分耦合较弱，其并行性能更优，且适合于GPU运行。

达索官方测试结果（来源：blog.3ds.com/brands/simulia/accelerating-concept-design-powerflow/）

3 前处理更简单

LBM的空间离散单元为格子，其空间离散形式为类似于笛卡尔网格的六面体。LBM的前处理无需进行边界层网格划分工作，可显著节约手动工作量。对于PowerFlow的前处理，仅需要STL格式曲面定义固体表面及网格加密区域即可，其空间离散在求解阶段在后台进行处理。

达索官方基于项目经验，对PowerFLow前处理开发了各行业的自动化脚本。

基于PowerFlow的汽车外气动仿真前处理流程