没有什么能比纳斯卡赛车的刺激感更令人着迷了。赛车在赛道上疾驰，快得只剩一道模糊的影子，发动机的轰鸣声震耳欲聋；粉丝们的欢呼声响亮刺耳，解说员生动的声音在喧闹中回荡。现场气氛热烈得仿佛带电一般，当赛车冲过终点线时，空气中的兴奋感几乎触手可及。

在车手娴熟的操控下，这些赛车凭借强大的发动机爆发出惊人的速度 —— 在部分赛道上，时速能超过 200 英里（约 322 公里）。发动机是赛车的 “心脏”，它的性能优劣足以直接决定一场比赛的胜负。即便对发动机进行微小的调整，也可能带来微弱却关键的动力提升，帮助赛车战胜对手。

然而，确定该进行哪些调整并非易事。尝试多种不同的设计方案成本高昂，这不仅体现在资金上，更体现在时间上 —— 而在赛车领域，时间是极其宝贵的资源。每个赛季都有数十场比赛，每场比赛都需要专门定制的发动机，因此能否高效地评估不同的设计方案，成为了制胜的关键。

Roush Yates 发动机公司为纳斯卡杯系列赛（NASCAR Cup Series）和纳斯卡无限系列赛（NASCAR Xfinity Series）设计、测试并制造定制化赛车发动机。该公司成立于 2004 年，总部位于美国北卡罗来纳州，是福特性能部门（Ford Performance）的独家发动机供应商。在这两项纳斯卡系列赛事中，Roush Yates 提供的发动机已助力赛车赢得近 400 场比赛。那么，他们是如何做到的呢？除了拥有最先进的测试设备以及一支由顶尖工程师和技术人员组成的团队外，将 CONVERGE 这样先进仿真软件融入设计流程，是他们夺冠的关键策略之一。

设计赛车发动机与设计日常乘用车发动机截然不同，简直是两种完全不同的 “课题”。每一台赛车发动机都必须根据其参赛赛道的特性进行定制，目的是尽可能挖掘出发动机的每一分性能潜力。要实现这一目标，需要考量多种因素，包括赛道长度（通常在 0.5 英里至 2 英里以上，约0.8 公里至 3.2 公里以上）、赛车的牵引力、车手驾驶风格的差异、气候条件，甚至赛道所处的海拔高度。

在Roush Yates发动机公司，CONVERGE用于气缸流动的全周期分析，包括进气、排气和气缸扫气。这段视频展示了一个高转速下瞬态排气过程的模拟，这有助于设计更好的进气道和气门，以改善流动和燃烧

“为这些不同的环境条件设计发动机是一件非常有挑战性的事，我们必须确保尽己所能，为每条赛道都提供性能最佳的发动机。”Roush Yates 发动机公司技术总监杰米・麦克诺顿（Jamie McNaughton）表示。

对赛车发动机而言，动力并非唯一的核心需求，耐用性也同样重要。虽然这些赛车发动机无需累积数十万英里的行驶里程，但它们需要在极端工况下保持巅峰性能 —— 要支撑多达三场比赛以及无数次练习赛，总行驶里程可达约 1500 英里（约 2414 公里）。如果发动机在比赛中途出现故障，再强大的动力也无法帮助车队赢得比赛！

因此，赛车发动机需要兼顾性能、可靠性和耐用性，这无疑是巨大的挑战。更具挑战性的是，发动机设计还面临着极短的时间周期压力。乘用车发动机的设计周期通常长达三年左右，而在纳斯卡赛车领域，发动机设计周期最短仅为 8 至 12 个月。在这短短几个月内，工程师们需要完成从规划、分析到测试、生产的全部工作 —— 任何能够加快设计流程的工具，都可能成为决定胜负的重要优势。

那么，Roush Yates 是如何在发动机设计过程中运用计算流体动力学（CFD）技术的呢？

根据纳斯卡赛车的规则，制造商必须使用经过纳斯卡组织正式批准的零部件。制造商可以对这些零部件进行微调，但不能自行研发全新的部件。这意味着 Roush Yates 的工程师们必须在明确的规则框架内，寻找微小的设计修改方案，以实现动力和性能上微小却有意义的提升。

而这正是 CFD 技术的用武之地。“要找到我们所追求的那最后 0.5% 的性能提升，就必须依靠全面的 3D 建模。” 杰米表示。

Roush Yates 运用CONVERGE 对多种动力系统部件进行建模，包括进气歧管、气缸盖气道、排气系统、进气系统以及冷却系统。为了改善发动机的换气过程，工程师们通过 CONVERGE 分析进气歧管的流动损失、优化歧管设计，并对排气系统进行建模。此外，他们还会对冷却系统进行评估，确保冷却液的流速和系统压力符合发动机规格以及赛道环境的要求。

这段动画展示了 Roush Yates 排气系统结合 1D 边界条件的 3D 压力分析。这类模拟能够帮助工程师了解排气系统的设计变化对发动机性能的影响

“我们发现，CONVERGE 的燃烧建模和网格划分技术，在处理复杂几何结构和瞬态模拟时具有极大优势。” 杰米说道，“Roush Yates 的核心目标是打造纳斯卡赛事中动力最强、效率最高且最可靠的发动机。在 CONVERGE 的助力下，我们在整个赛季中不断在这些方面取得进步，朝着目标稳步迈进。”

CFD 技术还帮助 Roush Yates 加快了研发进度，以满足纳斯卡赛事对快速设计周期的要求。模拟技术的核心优势在于，能够在制造任何实体部件之前，对多种不同的设计方案进行测试。与实体原型测试相比，CFD 模拟不仅速度更快、成本更低，而且只需点击几下鼠标，就能对部件设计进行虚拟修改。

CONVERGE 的自动网格划分功能，让设置多种不同的模拟案例变得快速而简单 —— 工程师无需手动创建任何网格。这使得他们能够分析数十甚至数百种设计方案，从中筛选出最具潜力的方案。最终，只需制造和测试数量少得多的实体部件，大幅缩短了发动机投入赛道使用的时间。此外，能够探索如此多的设计方案，也让工程师们有机会找到那些微小的性能提升点，而这些提升点在赛道上可能转化为巨大的竞争优势。

“CONVERGE 能让模拟模型的搭建速度大幅提升，而且学习曲线平缓 —— 新分析师只需几周时间就能熟练掌握 CONVERGE 的使用。” 杰米补充道，“此外，CONVERGE的最新版本在 CPU 上的运行效率也有显著提升。对于赛车运动领域的 CFD 工具而言，速度快、操作简便这些特性，是最重要的核心能力之一。”

对 Roush Yates 而言，他们先进的设计技术显然取得了显著成效。该公司已斩获 12 个纳斯卡杯系列赛冠军、17 个纳斯卡无限系列赛冠军，在这两项赛事中还拥有数百场比赛的胜利和杆位（首发位置）记录，堪称赛车领域的顶尖强者。Roush Yates 的发动机工厂拥有 100 多名员工，负责从设计、模拟到制造、测试的全流程工作，以支持车队每年参加多达 70 场的国际赛事。

正如杰米所说：“如果你从事的是一份自己真正热爱的工作，那它就不再仅仅是‘工作’—— 你会享受其中的乐趣，不断学习，同时打造一支优秀的团队，共同实现我们的目标。”

没有人能预测下一场比赛会如何发展，但有一点可以肯定 —— CONVERGE将继续为合作伙伴 Roush Yates 加油助威，并尽最大努力支持他们在纳斯卡的征程中不断前行。