量子计算赋能流体仿真！“本源量禹2.0”正式发布

 

数值计算作为现代科学研究的主流方法之一，广泛应用于航空航天、气象预报、轨道交通和热能动力等领域。随着科技人员对流动分辨率的要求不断提高，计算规模的不断增长，传统计算机的算力无法进一步提高该领域的工程设计效率。

 

在此应用背景下，本源量子于2021年发布了首款基于量子计算原理的计算流体动力学软件——本源量禹。本源量子团队结合用户需求对软件功能和交互逻辑进行了优化，于近日发布了本源量禹2.0版本（后称“QCFD 2.0”），并将该软件中英文版上线至本源量子云平台官网，供用户下载使用。

有哪些变化？1.更强大的量子线性求解器

• 优化了子空间处理模块：原FOM（Full Orthogonalization Method）方法尽管具有优良的收敛速度，但方法稳定性差，在高精度CFD计算中易崩溃。新版本我们基于稳定性更好的GMRES（Generalized Minimum Residual）方法和原始FOM方法开发了全新的混合方法（MIX），即保留了GMRES方法绝对稳定的优势，也尽量保持了FOM方法收敛速度快的优势。

子空间方法	计算结果	总迭代步数
FOM	崩溃	/
GMRES	收敛	16706
混合	收敛	4589

（算例：二维可压缩顶盖驱动流动，网格大小为32*32，求解器精度为1E-6，流场收敛判据为1E-4）

新增子空间变分量子线性求解器（VQLS），在具备求解稳定和精度高的优点的基础上，该量子算法更易于对接真实量子计算机。

 

2.丰富的后处理功能选项配置

• 增添监测报告功能，方便用户实时监测流场中物理量的变化；
• 增添流线图、矢量图以及等值线图显示功能，可以极大满足用户对流场可视化的需求。

3.全新的UI界面和操作逻辑从改善用户使用体验出发，QCFD2.0拥有全新的UI界面和操作逻辑，降低了用户操作门槛。

4.新增英文版本
 

简明教程

 

圆柱绕流作为经典的流体力学问题，具有丰富的实验结果，常用于验证计算方法和模型的有效性，圆柱绕流的研究对航空领域和海洋工程也具有非常重要的实际意义。

典型算例汽车数值风洞：风洞试验的可靠性一般较高，但其具有成本高、周期长和全流场定量分析困难等局限性，CFD计算可以有效地克服风洞试验的局限性，降低风洞试验次数，因此被广泛应用于汽车设计研发中。
 

跨声速机翼：一般将马赫数介于0.8到1.3之间的流动定义为跨声速流动，属于可压缩流动范畴，广泛存在于民用航空飞行器领域。
 

高超声速流动：一般将马赫数大于5的流动定于为高超音速流动，属于可压缩流动范畴，广泛应用于航天领域。
 

应用前景

 

气动设计：量子CFD能够实现气动优化设计过程中的高效模拟，改进飞行器的气动布局，提高飞行器的升阻比。

 

航海领域：在航海领域，借助量子CFD分析和优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设计，提高建筑群的结构安全性，优化室内风暖。

 

综上所述，探索并利用量子技术提高工程设计效率，不仅具有重要的战略意义，同时也能带来巨大的经济效益！