虛擬風洞是什麼？What is Virtual Wind Tunnel
如果你曾經做過車身防污（Vehicle Soiling）、車輛涉水（Water Wading）、噴濺模擬（Splash Simulation）、電動車冷卻（EV Cooling）或空氣動力學（Aerodynamics）分析，你一定知道一件事：真正花時間的，不是模擬，而是前處理。
很多工程師需要先使用 CFD 建立風場，再將資料匯入 SPH 軟體進行液體、泥沙或涉水分析。這種流程涉及多套軟體切換、大量資料匯出與匯入，不僅增加操作複雜度，也延長產品設計週期。
PreonLab 7.1 新增的 Virtual Wind Tunnel（VWT）正是為了解決這個痛點。透過內建有限體積法（FVM）求解器，可直接在 PreonLab 中建立穩態與暫態氣流，並與 SPH 粒子流體模擬結合，大幅簡化模擬流程。
圖 1｜PreonLab 內建 FVM 求解器建立車身周圍氣流。
圖 2｜風場與粒子流體單向耦合（One-way coupling）。
- 縮短設計回饋週期
- 研發初期即可直接在 PreonLab 內生成車身周圍氣流，並透過單向耦合（One-way coupling）結合水、雪、泥沙等粒子流體模擬。
- 局部加密與數據精簡
- 使用者可定義局部加密區域，並將數據儲存限制在特定範圍內；無需匯入整車的大型氣流檔案，節省記憶體並加快數據處理速度。
為什麼傳統 CFD + SPH 工作流程效率不高？
一般工程流程如下：CAD 建立幾何 → Mesh 網格前處理 → CFD 風場求解 → 匯出速度場（超大型檔案）→ 匯入 SPH（跨軟體資料轉換）→ 取得涉水／飛濺結果。
PreonLab 7.1 如何改善？
新版最大的突破，就是把 CFD 前處理整合到 SPH 工作流程中。虛擬風洞 Virtual Wind Tunnel 可以：
- 建立穩態風場
- 建立暫態風場
- 直接與 SPH One-way Coupling 整合
- 不需要外部 CFD
- 可建立局部高解析度區域
- 降低記憶體使用量、加快資料處理
Heat Transfer Solver 全面升級
除了風洞功能外，PreonLab 7.1 也針對熱流分析進行重大升級。新版熱傳求解器帶來：
- 模擬速度提升約 50%
- Busbar Cooling 驗證模型誤差多數縮小至 5% 以內
- 支援 Cooling Plate、E-Motor Cooling、Brake Cooling 等熱管理應用
- 更穩定的流固耦合（CHT）分析
對於電動車、AI 伺服器散熱與高功率電子設備而言，可有效縮短驗證時間，提升產品開發效率。
圖 3｜PreonLab 匯流排（Busbar）冷卻模擬結果示意圖。
車輛動力學 Vehicle Dynamics 更接近真實世界
車輛模擬一直是 SPH 的重要應用。PreonLab 7.1 加入：
- 強耦合流體壓力求解器
- 流體壓力與整車懸吊模型實現強耦合，能有效避免極端涉水場景下的模擬不穩定，並支援車輛在流體域中的穩定初始設定。
- Ackermann Steering 轉向運動學
- 轉向時能精確計算內外側車輪的角度，使車輛繞彎運動更符合真實幾何。
- 軌跡與速度解耦
- Distance-mapped Trajectories：過去以時間為基準的導引方式升級為以距離為基準，可預先設定行進路線（如進入涉水槽或顛簸路面前減速），車速調整、外部受力或更換駕駛員模型都不會影響既定軌跡。
- 動態剛體支援外加負載
- Dynamic Rigid Body Torque：可對動態剛體施加點負載、質心力矩或馬達旋轉扭矩，將摩擦阻力矩等細節納入模擬。
這些更新讓涉水測試、泥沙飛濺、車身污染與越野模擬更加符合真實物理現象。
圖 4｜車輛涉水與飛濺模擬。
工作流程自動化與團隊協作
PreonLab 7.1 導入了多項由全球資深用戶敲碗期待的實用功能，讓日常的模擬操作更流暢、更自動化：
- 模擬自動終止準則
- Stopping Criteria：可依場景統計數據或感測器數值設定閾值或收斂條件，滿足條件即自動停止模擬，無需人工守著螢幕。
- 計算物件與參數化設定
- Calculation Objects：全新支援計算屬性（Calculated Properties），可直接將計算物件賦予屬性（例如依感測器數據即時回饋控制邊界條件或齒輪轉速），告別繁瑣的 Keyframe 或 PreonPy 腳本；編輯器內建自動補全提示。
- 場景存取與並行控制
- Concurrency Control：團隊共享同一場景檔案時系統會自動檢查，檔案被佔用時可用限制存取模式開啟或直接接管編輯權，避免協作時檔案被意外覆蓋。
- 支援 EnSight Gold 匯出
- 感測器數據除 .csv 外，支援更緊湊的 EnSight Gold 格式，方便匯入 ParaView 等工具進行高階視覺化。
圖 5｜PreonLab 7.1 工作流程自動化介面。
哪些產業最適合使用？
Automotive、EV Battery、Busbar Cooling、Thermal Management、Industrial Equipment、Aerospace、Heavy Machinery、Off-road Vehicle、Water Management、AI Server Cooling。
四大升級重點快速整理
| 功能 | 工程效益 |
|---|
| Virtual Wind Tunnel | 縮短 CFD 前處理流程 |
| Heat Transfer Solver | 提高模擬速度與精度 |
| Vehicle Dynamics | 更真實的涉水與動態模擬 |
| Workflow Automation | 提升團隊協作效率與自動化程度，包括停止準則、Calculation Objects、Concurrency Control 等 |
FAQ
- 虛擬風洞是什麼？
- Virtual Wind Tunnel 是 PreonLab 7.1 內建的風場建立功能，可利用 FVM 建立穩態或暫態氣流，不需依賴外部 CFD 軟體即可與 SPH 模擬整合。
- SPH 和 CFD 有什麼差異？
- CFD 擅長連續流場分析；SPH 採用粒子法，更適合自由液面、飛濺、涉水、泥沙等複雜流體行為。兩者可互補，而 PreonLab 7.1 進一步降低兩者整合的成本。
- PreonLab 適合哪些產業？
- 汽車、電動車、電子散熱、AI Server、工業設備、航太、重機械等需要流體與熱管理模擬的產業。
- PreonLab 可以模擬哪些應用？
- 包括 Vehicle Soiling、Water Wading、Oil Jet Cooling、Cooling Plate、Busbar Cooling、Thermal Management、Splash Simulation 等。
- SimHex 可以提供哪些服務？
- SimHex 不僅提供 PreonLab 軟體，也能協助企業導入 SPH 模擬流程、CAE 技術支援、教育訓練與客製化顧問服務，協助研發團隊縮短產品開發時間。
