大湾区协同院企业风采丨从“打水漂”到工业仿真：十沣科技TF-SPH软件解码流体力学奥秘

编者按：应用传统网格法模拟飞机水上迫降等复杂流体-结构交互场景时，常面临较大的挑战，亟需更加高效、稳定的数值解法。京津冀国家技术创新中心和粤港澳大湾区协同创新研究院共同培育的高科技企业深圳十沣科技有限公司（简称“十沣科技”）推出的TF-SPH软件，基于光滑粒子流体动力学方法，成功克服传统方法的局限，实现仿真效率与精度的双重提升，并在航空航天、汽车交通等多个行业得到广泛运用。

一颗石片在水面划出涟漪，这承载千年智慧的民间游戏，展现了流体力学的奥妙。水气界面上的表面张力、重力与浮力的微妙平衡、固体与流体的耦合作用，使石片实现"水上漂"——这与飞机水上迫降、船舶抗浪设计等实际工程问题具有相似的科学原理。

一、传统仿真为何难解“打水漂”级难题？

在石片高速撞击水面的瞬间，涵盖了石片旋转与水面冲击，水花的非线性演化、破碎与飞溅，以及石片在水面反作用力作用下的弹起——瞬态流固耦合的复杂性展露无遗。模拟这种包含水气自由表面、大变形及瞬态流固耦合的复杂流场，传统上一般采用网格法进行仿真和分析。

但这种方法存在一些局限：对自由表面大变形的处理较为复杂，计算效率较低，同时难以保证液滴离散飞溅等过程中的计算稳定性和精度。因此，在应用传统网格法模拟飞机水上迫降等强烈冲击和流体-结构交互的场景时，常面临较大的挑战，亟需更加高效、稳定的数值解法。

TF-SPH界面

二、“粒子解法”力破传统流固耦合困境 

十沣的TF-SPH软件专为解决自由液面等复杂流体场景而研发，其基于光滑粒子流体动力学（SPH）方法，充分发挥拉格朗日粒子法在物质界面追踪中的优势，无需网格划分，特别适合模拟流体破碎、飞溅及流固耦合问题。此外，TF-SPH结合GPU高性能计算技术，能显著提高仿真效率，相比传统网格法而言，仿真效率可直接提升一个量级。同时，TF-SPH兼容了国产GPU（如海光DCU），能最大程度确保数据安全与可控性。

TF-SPH能够精准模拟石片打水漂过程中的复杂现象，如水花飞溅和石块弹射运动。软件引入了表面张力模型、多体动力学模型以及高精度流固耦合算法等，能够精确捕捉水气界面的动态演化，深入分析入水角度、速度等因素对石块在水面上运动的影响，揭示水气界面和物体之间的相互作用。这一能力也为工程应用提供了重要支持。

三、赋能千行百业解码TF-SPH无限潜力

TF-SPH软件目前已广泛应用于航空航天、汽车交通、船舶海工等多个领域。在航空领域，TF-SPH可用于飞机水上迫降仿真，分析飞行器在水面航行时产生的强非线性水花破碎飞溅现象，以及机身的姿态变化；在汽车交通领域，TF-SPH可用于汽车水管理仿真，通过与国内领先车企深入合作，软件能够准确模拟汽车在涉水、淋雨等场景下的表现，评估车底板受力和整车水密性能等，提升车辆防水性能。

在船舶与海洋工程中，TF-SPH能够有效模拟波浪与船体相互作用、船舶入水冲击等，并用于波浪载荷和系泊系统下的船舶动态响应预测，分析复杂海况及系泊系统对海洋结构物运动特性的影响，为设计优化和安全评估提供可靠解决方案。此外，TF-SPH在城市洪水灾害推演等领域也具有广阔的应用前景。

在TF-SPH的应用中，我们看到了传统智慧与现代科技的融合。作为十沣代表性产品之一，TF-SPH绕开了传统网格方法的技术壁垒，降低了产品的使用门槛；并且通过多物理场耦合和兼容结构兼容和结构/热力学联合仿真，丰富了应用场景；此外，全链路国产化最大程度地确保了数据主权安全，可以打破国际技术垄断，使中小企业能以较低成本获得使用高端CAE工具的机会。这些成果不仅彰显了十沣在自主工业软件领域的突破性创新，更体现了其推动科技创新与产业融合的坚定决心，为我国工业数字化转型注入了强劲动力。

关于十沣科技

深圳十沣科技有限公司（简称“十沣科技”）是京津冀国家技术创新中心和粤港澳大湾区协同创新研究院共同培育的工业软件核心企业和计算力学与工程仿真技术实验室依托单位，致力发展具有国际先进水平的工业应用软件（包括流体力学仿真软件/CFD、结构力学仿真软件/CSD、电子系统设计仿真软件/EDA等）、工程仿真云服务平台与数字孪生系统，全力打造能够与国外主流商业软件全面竞争的自主核心软件及技术，服务于国内乃至国际高端装备研发设计与制造的需求。目前，十沣科技已与美的、360智慧生活、中望软件等各领域头部企业达成战略合作；获得国家级科创投资平台国开科创，知名风投基金高瓴等多方资本数亿元融资；2022年获评清科创业、投资界「VENTURE50新芽榜50强」，机器之心「最具潜力创业企业TOP 10］及亿欧「中国新锐智能制造服务商TOP30」等荣誉称号，2023年获得深圳市“专精特新”企业认定及德勤深圳明日之星称号，2024年获得德勤中国明日之星称号。