《FLUENT 14.0超级学习手册》——1.4 常用的商业CFD软件

本节书摘来自异步社区《fluent 14.0超级学习手册》一书中的第1章，第1.4节,作者： 唐家鹏 更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

fluent 14.0超级学习手册

下面介绍近30年来，出现的较为著名的商业cfd软件，包括phoenics、cfx、stsr-cd和fluent等。

1.4.1 phoenics软件

phoenics是英国cham公司开发的模拟传热、流动、反应、燃烧过程的通用cfd软件，有30多年的历史。网格系统包括直角、圆柱、曲面（包括非正交和运动网格，但在其vr环境不可以）、多重网格、精密网格。

可以对三维稳态或非稳态的可压缩流或不可压缩流进行模拟，包括非牛顿流、多孔介质中的流动，并且可以考虑粘度、密度、温度变化的影响。

在流体模型上面，phoenics内置了22种适合于各种re数场合的湍流模型，包括雷诺应力模型、多流体湍流模型和通量模型及k-e模型的各种变异，共计21个湍流模型、8个多相流模型和10多个差分格式。

phoenics的vr（虚拟现实）彩色图形界面菜单系统是cfd软件中前处理最方便的一个，可以直接读入pro/engineer建立的模型（需转换成stl格式），使复杂几何体的生成更为方便，在边界条件的定义方面也极为简单，并且网格自动生成。但其缺点则是网格比较单一粗糙，不能细分复杂曲面或曲率小的地方的网格，即不能在vr环境里采用贴体网格。

另外vr的后处理也不是很好。要进行更高级的分析则要采用命令格式进行，但这在易用性上比其他软件就要差了。

另外，phoenics自带了1 000多个例题与验证题，附有完整的可读可改的输入文件。其中就有cham公司做的一个pdc钻头的流场分析。phoenics的开放性很好，提供对软件现有模型进行修改、增加新模型的功能和接口，可以用fortran语言进行二次开发。

1.4.2 star-cd软件

star-cd的创始人之一gosman与phoenics的创始人spalding都是英国伦敦大学同一教研室的教授。star是simulation of turbulent flow in arbitrary region的缩写，cd是computational dynamics ltd的缩写。

star-cd是基于有限容积法的通用流体计算软件，在网格生成方面，采用非结构化网格，单元体可为六面体、四面体、三角形界面的棱柱、金字塔形的锥体以及6种形状的多面体，还可与cad、cae软件接口，如ansys、ideas、nastran、patran、icemcfd、gridgen等，这是star-cd在适应复杂区域方面的特别优势。

star-cd能处理移动网格，用于多级透平的计算，在差分格式方面，纳入了一阶迎风、二阶迎风、cds、quick以及一阶迎风与cds或quick的混合格式。

在压力耦合方面采用simple、piso以及称为simplo的算法。

在湍流模型方面，有k-e、rnk-ke、ke两层等模型，可计算稳态、非稳态、牛顿流体、非牛顿流体、多孔介质、亚音速、超音速和多项流等问题。star-cd的强项在于汽车工业、汽车发动机内的流动和传热。

1.4.3 ansys cfx软件

ansys cfx系列软件是拥有世界级先进算法的成熟商业流体计算软件。功能强大的前处理器、求解器和后处理模块使得ansys cfx系列软件的应用范围遍及航空、航天、船舶、能源、石油化工、机械制造、汽车、生物技术、水处理、火灾安全、冶金、环保等众多领域。

ansys cfx软件系列包括cfx solver、blade modeler、turbopre、turbopost、turbogrid等软件，如图1-15所示。

de signmodeler基于ansys的公共cae平台—workbench，提供了完全参数化的几何生成、几何修正、几何简化，以及概念模型的创建能力，它与workbench支持的所有cad软件能够直接双向关联。

cfx软件提供了从网格到流体计算以及后处理的整体解决方案。核心模块包括cfxme sh、cfxpre、cfxsolver和cfxpost 4个部分。其中cfxsolver是cfx软件的求解器，是cfx软件的内核，它的先进性和精确性主要体现在以下方面。

不同于大多数cfd软件，cfxsolver采用基于有限元的有限体积法，在保证有限体积法守恒特性的基础上，吸收了有限元法的数值精确性。

cfxsolver采用先进的全隐式耦合多网格线性求解，再加上自适应多网格技术，同等条件下比其他流体软件快1～2个数量级。

cfxsolver支持真实流体、燃烧、化学反应和多相流等复杂的物理模型，这使得cfx软件在航空工业、化学及过程工业领域有着非常广泛的应用。

ansyscfx特别为旋转机械定制了完整的软件体系，向用户提供从设计到cfd分析的一体化解决方案，因此，ansyscfx被公认为是全球最好的旋转机械工程cfd软件，被旋转机械领域80%以上的企业选作动力分析和设计工具，包括ge、pratt&whitney、rollsge、rolls、rollspratt&rollsroy ce、we stinghouse、abb、sie mens、ce、voithhy cho等企业界巨头。

ansyscfx包含的专用旋转机械设计分析工具有blade modeller、turbogrid、turbopre和turbopost。

blade modeler：是交互式涡轮机械叶片设计软件，用户通过修改元件库参数或完全依靠blade modeller中提供的工具设计各种旋转和静止叶片元件及新型叶片。软件简单实用，模块丰富，具有自动化程度高和叶片几何生成迅速的特点。

turbogrid：是专业的涡轮叶栅通道网格划分软件，用户只需提供叶片数目、叶片及轮毂和外罩的外形数据文件。自动化程度高，网格生成迅速，生成网格质量高是它的优点。

turbopre：包含于cfxpre中，是专业的旋转机械物理模型设置模块，以旋转机械的专业术语完成模型设置。

turbopost：包含于cfxpost中，是专用的旋转机械问题模拟结果后处理模块，可以自动生成子午面等专业视图，同时提供效率、压比和扭矩等旋转机械性能参数。

1.4.4 ansys fluent软件

fluent自1983年问世以来，就一直是cfd软件技术的领先者，被广泛应用于航空航天、旋转机械、航海、石油化工、汽车、能源、计算机/电子、材料、冶金、生物、医药等领域，这使fluent公司成为占有最大市场份额的cfd软件供应商。作为通用的cfd软件，fluent可用于模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。

其代表性客户包括美国宇航局（nasa）、国防部（dod）、能源部（doe）等政府部门以及bmw-rr、波音、福特、ge、三菱等企业。

关于ansys fluent软件的相关介绍及详细应用，请查阅后面章节。