CFD（流體計算）軟件大比拼

1、Fluent：2006完成被ansys收購！

在美國，有限體積法FVM法，Fluent已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品如下：（廣泛應用！支持c\c++語言開發(fā)）

Fluent6.2---基于非結構化網(wǎng)格的通用CFD求解器，以前的是結構網(wǎng)格求解器，如4.5、5.5版的；

Fluent的軟件設計基于CFD軟件群的思想，從用戶需求角度出發(fā)，針對各種復雜流動的物理現(xiàn)象，Fluent軟件采用不同的離散格式和數(shù)值方法，以期在特定的領域內(nèi)使計算速度、穩(wěn)定性和精度等方面達到最佳組合，從而高效率地解決各個領域的復雜流動計算問題。基于上述思想，Fluent開發(fā)了適用于各個領域的流動模擬軟件，這些軟件能夠模擬流體流動、傳熱傳質(zhì)、化學反應和其它復雜的物理現(xiàn)象，軟件之間采用了統(tǒng)一的網(wǎng)格生成技術及共同的圖形界面，而各軟件之間的區(qū)別僅在于應用的工業(yè)背景不同，因此大大方便了用戶。

GAMBIT—專用的CFD前置處理器（幾何/網(wǎng)格生成），Fluent系列產(chǎn)品皆采用Fluent公司自行研發(fā)的Gambit前處理軟件來建立幾何形狀及生成網(wǎng)格，是一具有超強組合建構模型能力之前處理器，然后由Fluent進行求解。

Fidap——基于有限元方法的通用CFD求解器，為一專門解決科學及工程上有關流體力學傳質(zhì)及傳熱等問題的分析軟件，是全球第一套使用有限元法于CFD領域的軟件，其應用的范圍有一般流體的流場、自由表面的問題、紊流、非牛頓流流場、熱傳、化學反應等等。FIDAP本身含有完整的前后處理系統(tǒng)及流場數(shù)值分析系統(tǒng)。 對問題整個研究的程 ，數(shù)據(jù)輸入與輸出的協(xié)調(diào)及應用均極有效率。

Polyflow——針對粘彈性流動的專用CFD求解器，用有限元法仿真聚合物加工的CFD軟件，主要應用于塑料射出成形機，擠型機和吹瓶機的模具設計。

Mixsim——針對攪拌混合問i的專用CFD軟件，是一個專業(yè)化的前處理器，可建立攪拌槽及混合槽的幾何模型，不需要一般計算流體力學軟件的冗長學習過程。它的圖形人機接口和組件數(shù)據(jù)庫，讓工程師直接設定或挑選攪拌槽大小、底部形狀、折流板之配置，葉輪的型式等等。MixSim隨即自動產(chǎn)生三維網(wǎng)絡，并啟動Fluent做后續(xù)的模擬分析。

IcePak---專業(yè)的電子熱分析軟件。

Airpak---強大的通風系統(tǒng)分析軟件。

QFin---專門針對散熱器優(yōu)化和設計的CFD軟件。

2、CFX：2003年被ansys收購！

英國有限體積法FVM法及基于有限元的有限體積法。支持c\c 語言開發(fā)。

網(wǎng)格能力（Fluent Gambit不如ICEM CFD）；

精確性（Fluent不如CFX，人家CFX默認的差分格式就是二階的，而Fluent用二階格式時很難收斂）；

可靠性（Fluent不如CFX。憑心而論，CFX的耦合求解器比Fluent收斂快多了。那時數(shù)量級的差別。）

并行能力（Fluent也不如CFX。曾用這兩種軟件在多CPU機群上算飛機外流等問題，Fluent太慢了。）

后處理（Fluent的后處理圖太土了，相比之下CFX的圖漂亮、專業(yè)多了。）

各有優(yōu)缺點，CFX的優(yōu)點是物理模型豐富，功能強大，基于有限元的有限體積離散方法，精度比較高，但是計算速度慢；Fluent物理模型比較缺乏，很多問題沒有對應的模型，比如多相流中每相不能是多組分，對于濕空氣和其他流體組成的多相流就不能算了。而且Fluent的前處理器格式封閉，只能適合于Fluent，CFX的前處理器icem輸出格式豐富。

我長期以來都是用CFX，偶爾用一下Fluent(比對用)，知道CFX有些缺點，也知道Fluent在某方面的強。

(1)CFX只有fully implicit solver 一種，Fluent有segreggated，fully explicit，fully implicit三種

雖然CFX解的iteration少些，但是記憶體耗得兇啊。

(2)CFX的moving grid是我最垢病的，簡直是拉扯網(wǎng)格，Fluent在這方面明顯的強大許多

(3)CFX的udf（UserFortran in CFX)，有許多函數(shù)未知，不容易開發(fā)復雜模型，但是我也不知道Fluent的udf ( in C language)是否提供完整的呼叫資訊。

(4)CFX的GUI的確弄得比Fluent好，前後處理串得很好，協(xié)調(diào)性夠。Fluent只是沒把"點擺在GUI的改善吧，可是都可以達到相同的功能，習慣就好，CFD code的重點在於容不容易求出錯誤解而不自知。code developer有無盡量減少CFD code error，GUI友不友善倒不是重點?；旧?，求解的準度與使用者的功力有很大的關系。同一種軟體，相同題目，有的人解出來的是錯的離譜，有的卻是OK的。

(5)兩種軟體的用戶都有許多，不容易整并成一種，倒是有可能互補長短，同時提升。

(6)至於模型，大概都會反應最新的學術或業(yè)界的研究成果到solver models中吧， 感覺是大同小異。

3、Fidap：英國有限元法，支持FORTRAN語言開發(fā)。1996年被Fluent收購。

4、Phoenics：支持FORTRAN語言開發(fā)。

Phoenics是英國CHAM公司開發(fā)的模擬傳熱、流動、反應、燃燒過程的通用CFD軟件，有30多年的歷史。網(wǎng)格系統(tǒng)包括：直角、圓柱、曲面（包括非正交和運動網(wǎng)格，但在其VR環(huán)境不可以）、多重網(wǎng)格、精密網(wǎng)格?？梢詫θS穩(wěn)態(tài)或非穩(wěn)態(tài)的可壓縮流或不可壓縮流進行模擬，包括非牛頓流、多孔介質(zhì)中的流動，并且可以考慮粘度、密度、溫度變化的影響。在流體模型上面，Phoenics內(nèi)置了22種適合于各種Re數(shù)場合的湍流模型，包括雷諾應力模型、多流體湍流模型和通量模型及k-e模型的各種變異，共計21個湍流模型，8個多相流模型，10多個差分格式。

Phoenics的VR（虛l現(xiàn)實）彩色圖形界面菜單系統(tǒng)是這幾個CFD軟件里前處理最方便的一個，可以直接讀入Pro/E建立的模型（需轉(zhuǎn)換成STL格式），是復雜幾何體的生成更為方便，在邊界條件的定義方面也極為簡單，并且網(wǎng)格自動生成，但其缺點則是網(wǎng)格比較單一粗糙，針對復雜曲面或曲率小的地方的網(wǎng)格不能細分，也即是說不能在VR環(huán)境里采用貼體網(wǎng)格。另外VR的后處理也不是很好。要進行更高級的分析則要采用命令格式進行，但這在易用性上比其它軟件就要差了。

另外，Phoenics自帶了1000多個例題與驗證題，附有完整的可讀可改的輸入文件。其中就有CHAM公司做的一個PDC鉆頭的流場分析。Phoenics的開放性很好，提供對軟件現(xiàn)有模型進行修改、增加新模型的功能和接口，可以用FORTRAN語言進行二次開發(fā)。

5、Star-CD

Star-CD的最大缺點是不容易上手，至于說到它的前處理器還是相當不錯的，只是很多人不愿意靜下心來研究它的使用，因為在這樣的時候，很多人會找借口，用Fluent，CFX多方便啊，干嗎還要學Star-CD。實際上，你熟悉了它的思想，并且你喜歡動腦子，o就會發(fā)現(xiàn)很多工作只有Star-CD能快速的做。一個形狀復雜的換熱器，你想都別想Fluent或者CFX一天能把網(wǎng)格搞定，但Star-CD可以，兩個也能搞定。如果你認為四面體網(wǎng)格是萬能的，試一下吧，不累死你和你的機器才怪。Star-CD的后處理是不怎么樣用了兩年star-cd，雖然上手慢，但一旦熟練，就會覺得其實不比其它軟件差，但是它的后處理實在太差，不能畫流線，不能處理成渦量場等等Star-CD在四大CFD軟件中首先采用非結構化網(wǎng)格的求解器，想當初Star-CD就是靠這起家的，Star-CD從它開始就是針對非結構化網(wǎng)格的。

V315好像在求解器上確實又有了進步，但是Star-CD是英國的公司，英國公司的毛病是不會管理，不會經(jīng)營，Star-CD和CFX都有這個毛病，CFX雖然比Star-CD在前處理上強一些，但是也做的“亂”。Fluent就不一樣了，界面做得簡潔，容易上手，能引起初學者的喜歡，并且國內(nèi)多數(shù)歸國學者是美國的，當然對Fluent熟。

我之所以喜歡Star-CD是因為它是用FORTRAN編寫的求解器，看看它的文檔和USERSUBROTINE，很容易應用到自己的程序中。

CFX V5.4以后好像采用的計算方法有了變化，不是采用我們常規(guī)的FVM，而是CV－FEM，這種方法我不喜歡。此外Star-CD確實有點不爭氣，Star-CD的research group集中了現(xiàn)代計算流體力學的重量級的人物，如 Milovan peric，I ?span lang="EN-US" times="" new="" roman","serif""="">Demirdzic and S?/span>Muzaferija 這幾位在非正交網(wǎng)格和非結構化網(wǎng)格計算方面的工作，基本上是革命性的，現(xiàn)代CFD軟件采用FVM方法的多數(shù)是采用他們提出的方法，并且他們很早以前就將FVM的方法擴展到 結構計算（應力分析），以及相變換熱這些比較難處理的領域， 大家可以看看Hamburg大學的開發(fā)的CFD軟件COMET，這個軟件可以說是這幾位老先生還在學校的時候 指導開發(fā)的， 再看一看COMET的說明，就會發(fā)現(xiàn)Star-CD只是COMET的一個相似的版本，二者有驚人的相似，從計算方法，網(wǎng)格生成的命令，編程使用的變量，幾乎是一致的；但是現(xiàn)在COMET已并入Star-CD公司，COMET很早就有了計算 應力的模塊，而且是采用FVM方法， 也就是說COMET早就解決了 流動 傳熱 應力的耦合計算，并且是FVM方法。

想起Star-CD現(xiàn)在的經(jīng)驗業(yè)績，不得不為其擔心，大家可以到CFD－ONLINE上看看，好像Star-CD現(xiàn)在內(nèi)部出現(xiàn)了嚴重的問題。Star-CD畢竟是我比較喜歡的求解器，在使用Star-CD過程對我編寫的程序有了非常l的幫助，Star-CD采用的方法是Milovan peric，I ?span lang="EN-US" style="font-size: 14px; line-height: 135%; font-family: 'Times New Roman'; " times="" new="" roman","serif""="">Demirdzic and S?/span>Muzaferija提出的方法，這幾位是我非常崇拜的老先生，他們的每一篇文章，我?guī)缀醵际占?，而且大有受益。尤?/span> Milovan peric 教授在我編寫程序過程中給了很多指導。

英國的CFD事業(yè)永遠陷入t個怪循環(huán)：英國人出理論，美國人出軟件。

6、Numeca：為非結構自適應網(wǎng)格。Numeca軟件設計軟件包有兩個：FINE/DESIGN和FINE/DESIGN3D。

Numeca國際公司一直致力于高度集成及用戶化的流場數(shù)值模擬軟件，及其葉輪機械設計軟件的研制和開發(fā)。這些軟件均采用最新的先進數(shù)值分析技術。Numeca國際公司集中了許多優(yōu)秀的CFD工程師，他們可給用戶提供及時有效的g術支持和服務。自從Numeca國際公司成立以來，特別是近五年來，Numeca國際公司已經(jīng)成功地在國際CFD市場，特別是在葉輪機械領域，掀起了強勁的Numeca旋風。Numeca公司的軟件－FINE系列軟件，雖然市場化的較晚，但她是目前國際上最優(yōu)秀的 軟件，她采用了近幾年研發(fā)出的最先進技術，因此，無論在計算速度、計算精度、所需計算機內(nèi)存、使用方便程度、界面友好程度等方面都優(yōu)于其他軟件（如：Fluent和Star-CD等）。所以，她引導著世界CFD軟件發(fā)展的新潮流。其計算速度、精度和計算機內(nèi)存需要量均比其它軟件（如：Fluent、Tarsflow和Star-CD等優(yōu)越，其優(yōu)越程度使用過其它軟件的用戶非常驚訝?，F(xiàn)在其它軟件公司（在網(wǎng)格生成和核心求解器中）也逐漸開始采用類似于Numeca的方法。她所研發(fā)并采用的其它技術和方法現(xiàn)也已被其它軟件開發(fā)者逐步采用。因此，Numeca公司領導著世界CFD軟件發(fā)展的新潮流。

過去幾年，FINE系列軟件被國際上普遍認為是葉輪機械等內(nèi)部流動模擬分析的首選軟件。但隨著FINE/HEXA和HEXPRESS的推出，將使Numeca的CFD軟件在模擬外部流動（包括各種飛行器：飛機、火箭、衛(wèi)星等；各種運輸工具：汽車、機車船舶等；房屋建筑群，橋梁方面，也比其它軟件有許多獨特的優(yōu)越性。

另外，由于Numeca軟件自身的特點（高的速度，高的精度，低內(nèi)存需求，以及使用方便等），她現(xiàn)在也是現(xiàn)代流體工程企業(yè)實現(xiàn)其設計、制造自動化體系的首選CFD軟件。