CFD 模拟软件有哪些?

CFD 模拟软件有哪些?

(同名的太多,也不知道@对没有) 的这个list比较齐全,主流的应该都有了。开源代码的话,OpenFOAM 应该是最佳的,但对于非研究领域来说,还是直接买商用软件,并获取对方技术支持比较方便经济。本答案补充对通用商用CFD软件的一些个人观感。

背景介绍和软件特色

据我所知,国内比较流行的通用商用程序还是 fluent(老牌的), cfx, star, adina(流固耦合和非线性上首屈一指,开发者是学术界大牛Bathe), comsol(有限元,声场分析有特色). acuSolve 是 hyperworks 收购的软件,开发者具有深厚的学术背景(Hughes的学生Fazin),(利益相关:我曾实习期间做过acuSolve的support),方法用的是有限元,计算收敛性上有一些优势,功能模块全面性上和FLUENT比有差距。Abaqus 也有开发了通用的流体计算模块,时间不久,不熟悉因此不予置评,但由于开发时间较短,所以相信和老牌的CFD商用软件还有些差距吧。另外,FLACS 在爆炸,安全行业经验较足。flow3d 擅长自由液面分析。PowerFLOW 用的是 LBM 方法,在解决一些普通CFD方法不能解决的问题时候有优势而且适合并行,但目前工程使用积淀还不够,所以前景还不明朗。等等等等。

计算精确性

计算精确性上面难以比较优劣,不同算法在不同问题上计算的精度是不同的。只能说对于任意问题,在模型合适,边界准确的情况下,商用软件至少都能给出很物理的答案。和实验结果吻合度上参数,单元,和模型选择很重要。在市场推广上则常常是公说公有理,婆说婆有理。比如在有限元计算软件的对比中,常有类似以下的说法,A软件算梁问题比B软件算的会偏刚一些。这些说法是不严谨的,A默认用的是一种单元,B默认用的是另一种单元,两者各有各的最佳应用情况,不能简单对比,从某一个算例的准确性推断某一个软件优于另一个软件。我实习期间参考过一份CFD软件对某一问题计算结果的对比报告,具体情况不便透知,但结论是四个CFD软件在计算同一问题,但雷诺数有所不同的情况下和实验结果吻合度上各有各的优势 (当然内部报告嘛,acuSolve 的结果是很好的,毕竟acuSolve 是以准确和鲁棒为卖点的嘛)。

市场

国内整体上市场占有方面 fluent + CFX > star, comsol, adina, etc。一是历史原因(fluent 普及性高),二是和 ANSYS 的高占有率有关。哪个好?不好说,基本计算功能大家都有,全面和普适性,以及技术文档的丰富程度上 fluent+CFX 最好,但其它的软件也是各有特色的(如上)。在风电行业,汽车行业,ANSYS FLUENT/CFX 和 Star 的人都有。adina 在学术研究,生物力学,土木桥梁上有人用。acuSolve (以及它的简单版VWT虚拟风洞) 在国外汽车行业,石油平台有应用,国内推广时间短,还没有广泛应用。但某个行业内谁是主流还不好说,毕竟我不是做市场的,而且每个行业内甚至每个公司都有偏好。企业往往会在满足自己需求的前提下,考虑成本和各自工程师的工作经验等因素来选择软件。

补充

回答Solidworks 的知友不知道是利益相关还是顺嘴说的,但反正我是不认同的。Solidworks, UG/Proe 这些软件在 CAD 行业是非常优秀的(Solidworks是我最喜欢的3D建模软件,丝毫没有黑它的意思),虽然目前这些公司也不遗余力地向 CAE 行业扩展,提供给设计师一个简单的计算平台,但要说主流,恐怕还差不少距离。在设计上,从CAD 到 CAE 再回到 CAD 有一个迭代优化改方案的过程。CAD工程师会用CAE工具是好事,可以为产品设计减少时间和经济成本。但往往这些软件照顾到 CAD 工程师对计算力学的理论知识的缺乏,相比传统CAE软件,会将模型和计算简单化,让它成为一个黑匣子,故帮助文档自然也不会涉及到很多理论的东西。但这里潜在的问题是:尤其是在 CFD 这个计算准确性难以保证,还常常缺乏实验数据的领域,而一个做计算的工程师不懂力学理论,不懂算法基础,如何确保自己的模型是符合实际的?如何说服自己和客户算的东西是对的呢?又如何谈 in CFD, we trust 呢? 这不是在黑CAD工程师,因为即使对CAE工作者而言,上述问题也是绕不开的坎。而是在说明设计师如果也懂计算,对力学基础有深入理解,做一个“全栈”工程师,是一件多么宝贵的事。

写在后面

个人知识涵盖面有限,恐怕不能全面介绍,如有疏漏欢迎指正。

我已经尽量保证了客观,但可能在我不知道的情况下也有偏见。如果误导了您,请勿拍勿砸。

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另外,最高票回答被折叠了,不知道为什么,可能是转载不规范吧。他的答案目前在网上已经流传比较广了,出处不明。据我所知,最早的一篇帖子在这里(需要有simwe论坛号码),由song-fengqiang 整理或者撰写,当然也不排除还有更早的。

标签:CFD,模拟,软件,计算流体力学(CFD),计算机辅助工程 (CAE),CFD技术