PreonLab 6.0 是由德國 FIFTY2 公司開發的無網格計算流體力學（CFD）模擬軟體，採用平滑粒子流體動力學（SPH）技術，專為處理複雜流體行為與多相流問題而設計。此版本在效能、模擬準確性與使用者體驗方面均有重大突破，特別適用於汽車產業中的涉水模擬、齒輪箱潤滑、車身污染分析及自動駕駛感測器水管理等應用場景。 

PreonLab 與 AVL

雖然 PreonLab 是由德國公司 FIFTY2 Technology GmbH 開發的產品，但 AVL（AVL List GmbH）是其官方的全球銷售與技術支援夥伴。透過 AVL 的全球網絡，PreonLab 能夠更快速推廣至汽車產業與重工機械產業中的 OEM 與 Tier 1 供應商。 

例如： 

• AVL 官網直接提供 PreonLab 的產品頁面與解決方案案例。 
• AVL 工程師可支援 PreonLab 的應用與客製模擬流程開發。 

在技術方面上的合作：PreonLab 強化 AVL 在流體模擬領域的解決方案 

PreonLab 為 AVL 在虛擬產品開發流程（Virtual Vehicle Development Process）中的一部分，特別在”無網格流體模擬（SPH）”方面，填補了傳統 CFD 工具（如 AVL FIRE M、Star-CCM+）在自由表面、多相流與潤滑模擬上的限制。 典型應用包括： 

• AVL Driveline 模擬：齒輪箱潤滑、離合器冷卻油噴霧 
• AVL Rainwater Management 解決方案：感測器自潔、涉水風險評估 

在開發與培訓支援方面的合作：

AVL 亦與 FIFTY2 技術團隊保持研發與客戶支援合作關係，提供客戶完整的 PreonLab 導入流程，包括： 

• 技術諮詢與流程整合（與 AVL CRUISE、FIRE M 整合） 
• 客製應用模版（如車身污染分析流程） 
• 用戶培訓與技術研討會（例如 AVL TechDay）  

在市場定位與品牌協同方面：

AVL 推廣 PreonLab 作為其模擬產品組合中針對“複雜自由表面流體行為”的解決方案，並將其定位為： 

• 汽車產業高效潤滑與水管理模擬工具
• 高效能且可快速迭代的設計分析工具，適合早期產品開發階段。 

這有助於 AVL 擴充其模擬平台，提供更完整的一體化工程服務。 

PreonLab 6.0主要新功能與亮點介紹 

1. GPU 加速（NVIDIA CUDA）

PreonLab 6.0 首次引入 GPU 加速功能，利用 NVIDIA CUDA 技術，模擬效能相比傳統多核心 CPU 系統提升最高可達 6 倍。這不僅大幅縮短了模擬時間，還提高了能源效率，為工程師提供更快速的設計迭代與決策支持。 

該功能將持續更新，目前僅支持一部分功能，啟動GPU模擬時，用戶可以檢查是否滿足GPU條件，具體操作方式：於Scene處新增右鍵選項 > Check GPU compatibility，已確認當前設定可以支持GPU實現加速模擬。 

(減速齒輪箱單相流計算時間比較)

(減速齒輪箱兩相流計算結果物理時間比較)

碰壁射流分析

(基於GPU進行熱模擬，與128核心對比，可提高5.9倍計算效率，節能指數在3-7倍之間)

2. 新增壁面黏附模型（Lateral Adhesion Model） 

6.0版本新增的實驗性「壁面黏附」模型，可以更準確地模擬水滴在”傾斜表面”上的附著與滑落行為，特別適用於尾門雨水流動、側窗水管理等場景，提升模擬的現實感與準確性。

(模型驗證：液滴沿斜面流動)

(基於切向力黏附模型的雨刮器模擬)

(雨水在玻璃窗上的水痕跡)

3. 使用者介面優化 

改進圖形使用者介面（GUI），包括後處理與操作流暢性，傳感器功能全新支持Pathlines的導出，以便更加清晰的了解液體流通路徑。 

另外，全新的畫面與更直觀的操作流程，提升了用戶體驗，使模擬設置與結果分析更加高效與愉悅。 

4. PreonDock基於網頁的模擬協作平台 

隨著PreonLab在全球客戶中有越來越多的應用，對大量計算文件(傳輸、共享、使用權)的需求日漸增加，PreonDock 是一個專為 PreonLab 使用者設計的 網頁式模擬任務管理與結果分析環境，讓團隊能跨平台、高效率地協作與追蹤模擬流程，特別適合分布式團隊或需要集中化模擬管理的大型企業研發部門。 

(PreonDock使用介面)

團隊協作優勢 

• 多人可透過同一介面同時進行項目查看與討論 
• 提供遠端監看功能，便於跨部門合作 
• 無需安裝客戶端軟體，透過瀏覽器直接使用 
• 支援與HPC，PreonLab的模擬結果可以無縫連接 
• 方便資料清理與版本管理 
• 允許添加註解、標籤與項目分類 
• 可自動生成統計圖表與關鍵數據摘要 
• 可比對不同模擬項目之間的差異，便於設計決策

星恆擁有可靠的技術與人才，有任何相關問題都歡迎來信或來電討論指教，幫您量身打造符合需求的解決方案。

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AVL Preonlab 的優勢

AVL Preonlab 是一款無網格的 CFD 分析工具，不受限於複雜的前處理過程、或是移動網格的生成手法，對於涉及複雜幾何與動態過程的模擬具有先天的優勢，重要功能特色有以下幾點：

◆ 連續粒子尺寸設置 (Continuous Particle Size, CPS)

◆ 壁面粒子細化功能

◆ 基於 Keyframe 功能的運動規律定義

◆ 通過後處理傳感器 (sensor) ，進行受力、液體分佈、濕壁位置等分析

◆ 基於 Preonlab 的 python API：PreonPy，提升建模與後處理的效率

◆ Preonlab 可以輸出真實感的渲染效果動畫

Advantages of Using PreonLab

PreonLab is a meshless CFD analysis tool that avoids the complexities of traditional preprocessing or the generation of moving meshes. It is particularly advantageous for simulating scenarios involving complex geometries and dynamic processes. Key features include:

◆ Continuous Particle Size (CPS): Enables flexible particle size configurations for enhanced simulation accuracy.

◆ Wall Particle Refinement: Allows detailed resolution near walls for more precise results.

◆ Keyframe-Based Motion Definition: Facilitates the intuitive setup of motion patterns.

◆ Post-Processing Sensors: Analyze forces, liquid distribution, and wet wall locations using embedded sensors.

◆ Python API (PreonPy): Boosts modeling and post-processing efficiency with scripting capabilities.

◆ Realistic Rendering Animations: Outputs high-quality, realistic animations for better visualization.

AVL PreonLab的運作方式

與傳統的計算 流體動力學 ( CFD ) 不同，PreonLab 的模擬採用無網格技術。這不僅簡化了模型的建立過程，也在模擬牛頓流體和非牛頓流體時提供了快速且高效的處理時間。不論您是進行趨勢分析還是尋求精準的預測，PreonLab 都能滿足需求。

在軟體開發過程中，易用性一直是特別重要的考量。因此，PreonLab 被設計成讓每位用戶只需稍加培訓便能直覺地應用於日常工作中。

在不犧牲結果品質的前提下，使開發過程儘可能高效。

How PreonLab Works
In contrast to classical CFD , the simulations in PreonLab are meshless. This not only simplifies model creation. It gives you short and powerful turnaround times when simulating Newtonian and non-Newtonian fluids. Regardless of whether you want trend analysis or precise predictions.

Ease of use was and still is particularly important in the development of the software. Thus, it was designed so that every user can use it intuitively in his daily work with a little training.

The goal has always been: to make development as efficient as possible without compromising on the quality of the results.

• 延伸閱讀
  • 從噴嘴到排水系統：PreonLab助力洗碗機全流程設計模擬
  • 電泳優化 (下)
  • 電泳優化 (上)
  • PreonLab光滑粒子分析 CPS與自適應細化功能應用
  • AVL PreonLab 5.1 Release
  • AVL PreonLab 無網格CFD模擬技術
  • 新版 PreonLab 5.1 發布: 更貼近真實應用
  • 新版PreonLab 5.2 無網格光滑粒子流場分析

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多相流功能

新版 PreonLab 5.1新增多相流模擬功能，可以針對氣體進行求解。下圖以上升的氣泡模型顯示 PreonLab 的模擬結果與一般網格模型的分析結果一致。

圖1: PreonLab與不同分析軟體的結果比較

多相流功能可實際應用在高速齒輪箱油的飛濺與潤滑，在模擬結果中可以看到油液中卷吸的氣相粒子，相較於有限體積法， PreonLab 的多相流功能計算速度有明顯的優勢：

圖2: PreonLab與不同分析軟體的速度比較

局部細化功能

新功能中分別支援液相粒子與氣相粒子進行局部的細化，也可以針對不同求解器定義不同的粒子直徑。在PreonLab新版選單中，可以局部加密固體壁面附近的粒子，提供使用者更靈活的建模選擇，相較於box domain的局部細化，其計算速度可提供約2倍。

圖3: 新版 PreonLab的局部細化功能

熱分析應用

• Wall Function 功能提升，提供熱傳HTC的計算精度
• 支持固體溫度場的求解：活塞冷卻、電機冷卻…
• 固體粒子熱傳導計算也支持任意形狀的局部細化，大幅提升計算效率

圖4: 新版 PreonLab 的局部細化功能應用在固體中

Snow求解器增強

在 5.1 版 本 中，Snow求解器 的 計 算 速 度 得 到 大 幅 的 提 升，在 下 圖 與 Audi 的 實 際 應 用 案 例 中 可 看 到 ，用 新 版 PreonLab 可 以 獲 得 3.6倍 的 增 速。

圖5: NAFEMS world congress 2021 “CFD Simulation of a Vehicle Driving in Snow”

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PreonLab 介紹：

經 典 CFD 軟體和 PreonLab 之 間 的 差 異 很 快 就 能 解 釋 清 楚 —— 經典 CFD 軟體 基 於 網格創建 ，而 PreonLab 則 選 擇 了 不 同 的 方 法 ：平滑粒子流體動力學 （SPH） 是 革 命 性 PREON® 技術 的 基 礎 。 

無需網格，所 有 流體力學 難 題 都 可 以 快 速 且 輕 鬆 地 解 決 。同 時， PreonLab 能 為 您 提 供 可靠的視覺化結果 。

應 用 領 域 PreonLab 齒輪箱 涉水 雪場景

•  齒輪箱 

使用 PreonLab 進行 齒輪箱 的仿真，能夠顯著的縮短開發周期。 極短的仿真建模時間，能夠實現設計方案快速迭代，甚至可以在優化迭代中考慮換熱。

•  涉水 

不同車速及 涉水 深度條件下，車輛的準確運動規律對於涉水仿真非常的重要。 PreonLab 中的車輛懸架模型，能夠更加準確的考慮涉水過程中的車輛姿態。

•  雪場景 

PreonLab 能夠模擬各種不同屬性的流體，甚至包括雪。 PreonLab 中獨特的雪求解器，能夠幫助用戶進行各種 雪場景 的求解，解決複雜的問題，例如：輪罩內的積雪。

為 什 麼 選 擇 PreonLab ？

• 強大的SPH求解器

與常規的基於粒子的求解器相比， PreonLab 可以穩健地處理更大的時間步長，將計算時間減少幾個數量級，並且無需人為去定義求解步長。

• 後處理

PreonLab 配備了強大的內建後處理工具，保障流暢易用的量化結果統計還是高品質的影像渲染。

• 連續粒子尺寸

對於有限體積法來說網格細化並不是一個新主題，這也是加速計算的有效手段 。但對於粒子法軟體來說是一個非常大的挑戰，PreonLab 透過連續粒子尺寸（CPS）技術可以實現高效且穩健的粒子細化及合併，同樣達到加速求解的效果。

更 重 要 的 是 ？

粒子 也 非 常 適 合 為 其 他 材 料 建模。  PreonLab 可 以 用 彈塑性模型 和 剛體模擬 各 種 類 型 的 雪，當 然 也 是 用 的 隱式解法 。

新 奇 功 能 ？

上 述 並 不 是 PreonLab 能 做 到 的 全 部 ！ PreonLab 還 有 一 些 其 他 特 異 功 能 可 滿 足 你 一 切 所 想 。

• A柱溢流現像模擬

雨天行車側窗被雨水覆蓋嚴重影響駕駛透過後視鏡觀察車輛週邊環境，極易引發交通事故。 雖然該現象無法避免，但是我們可以透過模擬分析手段去優化結構設計，進而確保我們後視鏡的可觀察度。 PreonLab可以透過耦合不同工況下的空氣流場進而分析出對應工況下A柱溢流後雨水在側窗的分佈情況，方便我們提升車輛主動安全性能。

• 泥水污染評估

PreonLab可以透過非牛頓流體模擬車輛通過泥水路面後車身以及機艙內關鍵部件的污染情況。 一方面可以引導我們車身擋泥板等外飾件的設計，另一方面也可以提示我們是否要對關鍵部件做一些必要性的擋板以提升部件的使用壽命。

• 雪屬性資料庫

PreonLab可以模擬積雪路面行車和雪天行車等不同雪場景。然而雪的形態和屬性和天氣狀況有很大關係。 PreonLab 以彈塑性模型和剛體模擬各種類型的雪，並且根據工程經驗內建了6種常見雪的屬性參數供使用者直接呼叫。

• 自動駕駛感應器水管理

自動駕駛功能的可靠性直接影響到我們的行車安全，也是我們主機廠研發人員和終端使用者都非常重視的重點。 功能可靠性的前提是我們的雷達或攝影機能夠擯除幹擾因素獲得準確的訊號。 PreonLab可以較全面的輔助我們分析車輛各種水環境下，雷達或攝影機水的覆蓋情況，引導我們進行設計優化以提升功能可靠性。

延伸閱讀

• AVL PreonLab 5.1 Release
• AVL PreonLab 無網格CFD模擬技術

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