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CFD(流体计算)软件大比拼

时间:2013/7/9 16:45:04   作者:绿建之窗   来源:网络转载   阅读:5444   评论:0
内容摘要:1、Fluent:2006完成被ansys收购!在美国,有限体积法FVM法,Fluent已经开发的产品如下:(广泛应用!支持c\c牋语言开发)Fluent6.2---基于非结构化网格的通用CFD求解器,以前的是结构网格求解器,如4.5、5.5版的;Fluent的软件设计基...

1Fluent2006完成被ansys收购!

在美国,有限体积法FVM法,Fluent已经开发的产品如下:(广泛应用!支持c\c++语言开发)

Fluent6.2---基于非结构化网格的通用CFD求解器,以前的是结构网格求解器,如4.55.5版的;

Fluent的软件设计基于CFD软件群的思想,从用户需求角度出发,针对各种复杂流动的物理现象,Fluent软件采用不同的离散格式和数值方法,以期在特定的领域内使计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳组合,从而高效率地解决各个领域的复杂流动计算问题。基于上述思想,Fluent开发了适用于各个领域的流动模拟软件,这些软件能够模拟流体流动、传热传质、化学反应和其它复杂的物理现象,软件之间采用了统一的网格生成技术及共同的图形界面,而各软件之间的区别仅在于应用的工业背景不同,因此大大方便了用户。

GAMBIT—专用的CFD前置处理器(几何/网格生成),Fluent系列产品皆采用Fluent公司自行研发的Gambit前处理软件来建立几何形状及生成网格,是一具有超强组合建构模型能力之前处理器,然后由Fluent进行求解。

Fidap——基于有限元方法的通用CFD求解器,为一专门解决科学及工程上有关流体力学传质及传热等问题的分析软件,是全球第一套使用有限元法于CFD领域的软件,其应用的范围有一般流体的流场、自由表面的问题、紊流、非牛顿流流场、热传、化学反应等等。FIDAP本身含有完整的前后处理系统及流场数值分析系统。 对问题整个研究的程序,数据输入与输出的协调及应用均极有效率。

Polyflow——针对粘弹性流动的专用CFD求解器,用有限元法仿真聚合物加工的CFD软件,主要应用于塑料射出成形机,挤型机和吹瓶机的模具设计。

Mixsim——针对搅拌混合问题的专用CFD软件,是一个专业化的前处理器,可建立搅拌槽及混合槽的几何模型,不需要一般计算流体力学软件的冗长学习过程。它的图形人机接口和组件数据库,让工程师直接设定或挑选搅拌槽大小、底部形状、折流板之配置,叶轮的型式等等。MixSim随即自动产生三维网络,并启动Fluent做后续的模拟分析。

IcePak---专业的电子热分析软件。

Airpak---强大的通风系统分析软件。

QFin---专门针对散热器优化和设计的CFD软件。

2CFX2003年被ansys收购!

英国有限体积法FVM法及基于有限元的有限体积法。支持c\c 语言开发。

网格能力(Fluent Gambit不如ICEM CFD);

精确性(Fluent不如CFX,人家CFX默认的差分格式就是二阶的,而Fluent用二阶格式时很难收敛);

可靠性(Fluent不如CFX。凭心而论,CFX的耦合求解器比Fluent收敛快多了。那时数量级的差别。)

并行能力(Fluent也不如CFX。曾用这两种软件在多CPU机群上算飞机外流等问题,Fluent太慢了。)

后处理(Fluent的后处理图太土了,相比之下CFX的图漂亮、专业多了。)

各有优缺点,CFX的优点是物理模型丰富,功能强大,基于有限元的有限体积离散方法,精度比较高,但是计算速度慢;Fluent物理模型比较缺乏,很多问题没有对应的模型,比如多相流中每相不能是多组分,对于湿空气和其他流体组成的多相流就不能算了。而且Fluent的前处理器格式封闭,只能适合于FluentCFX的前处理器icem输出格式丰富。

我长期以来都是用CFX偶尔用一下Fluent(比对用),知道CFX有些缺点,也知道Fluent在某方面的强。

(1)CFX只有fully implicit solver 一种,Fluentsegreggatedfully explicitfully implicit三种

虽然CFX解的iteration少些,但是记忆体耗得凶啊。

(2)CFXmoving grid是我最垢病的,简直是拉扯网格,Fluent在这方面明显的强大许多

(3)CFXudfUserFortran in CFX),有许多函数未知,不容易开发复杂模型,但是我也不知道Fluentudf ( in C language)是否提供完整的呼叫资讯。

(4)CFXGUI的确弄得比Fluent好,前後处理串得很好,协调性够。Fluent只是没把重点摆在GUI的改善吧,可是都可以达到相同的功能,习惯就好,CFD code的重点在於容不容易求出错误解而不自知。code developer有无尽量减少CFD code errorGUI友不友善倒不是重点。基本上,求解的准度与使用者的功力有很大的关系。同一种软体,相同题目,有的人解出来的是错的离谱,有的却是OK的。

(5)两种软体的用户都有许多,不容易整并成一种,倒是有可能互补长短,同时提升。

(6)至於模型,大概都会反应最新的学术或业界的研究成果到solver models中吧, 感觉是大同小异。

3Fidap:英国有限元法,支持FORTRAN语言开发。1996年被Fluent收购。

4Phoenics:支持FORTRAN语言开发。

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,10多个差分格式。

PhoenicsVR(虚拟现实)彩色图形界面菜单系统是这几个CFD软件里前处理最方便的一个,可以直接读入Pro/E建立的模型(需转换成STL格式),是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,针对复杂曲面或曲率小的地方的网格不能细分,也即是说不能在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它软件就要差了。

另外,Phoenics自带了1000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。

5Star-CD

Star-CD的最大缺点是不容易上手,至于说到它的前处理器还是相当不错的,只是很多人不愿意静下心来研究它的使用,因为在这样的时候,很多人会找借口,用FluentCFX多方便啊,干吗还要学Star-CD。实际上,你熟悉了它的思想,并且你喜欢动脑子,你就会发现很多工作只有Star-CD能快速的做。一个形状复杂的换热器,你想都别想Fluent或者CFX一天能把网格搞定,但Star-CD可以,两个也能搞定。如果你认为四面体网格是万能的,试一下吧,不累死你和你的机器才怪。Star-CD的后处理是不怎么样用了两年star-cd,虽然上手慢,但一旦熟练,就会觉得其实不比其它软件差,但是它的后处理实在太差,不能画流线,不能处理成涡量场等等Star-CD在四大CFD软件中首先采用非结构化网格的求解器,想当初Star-CD就是靠这起家的,Star-CD从它开始就是针对非结构化网格的。

V315好像在求解器上确实又有了进步,但是Star-CD是英国的公司,英国公司的毛病是不会管理,不会经营,Star-CDCFX都有这个毛病,CFX虽然比Star-CD在前处理上强一些,但是也做的“乱”。Fluent就不一样了,界面做得简洁,容易上手,能引起初学者的喜欢,并且国内多数归国学者是美国的,当然对Fluent熟。

我之所以喜欢Star-CD是因为它是用FORTRAN编写的求解器,看看它的文档和USERSUBROTINE,很容易应用到自己的程序中。

CFX V5.4以后好像采用的计算方法有了变化,不是采用我们常规的FVM,而是CVFEM,这种方法我不喜欢。此外Star-CD确实有点不争气,Star-CDresearch group集中了现代计算流体力学的重量级的人物,如 Milovan peric?span lang="EN-US" times="" new="" roman","serif""="">Demirdzic and S?/span>Muzaferija 这几位在非正交网格和非结构化网格计算方面的工作,基本上是革命性的,现代CFD软件采用FVM方法的多数是采用他们提出的方法,并且他们很早以前就将FVM的方法扩展到 结构计算(应力分析),以及相变换热这些比较难处理的领域, 大家可以看看Hamburg大学的开发的CFD软件COMET,这个软件可以说是这几位老先生还在学校的时候 指导开发的, 再看一看COMET的说明,就会发现Star-CD只是COMET的一个相似的版本,二者有惊人的相似,从计算方法,网格生成的命令,编程使用的变量,几乎是一致的;但是现在COMET已并入Star-CD公司,COMET很早就有了计算 应力的模块,而且是采用FVM方法, 也就是说COMET早就解决了 流动 传热 应力的耦合计算,并且是FVM方法。

想起Star-CD现在的经验业绩,不得不为其担心,大家可以到CFDONLINE上看看,好像Star-CD现在内部出现了严重的问题。Star-CD毕竟是我比较喜欢的求解器,在使用Star-CD过程对我编写的程序有了非常大的帮助,Star-CD采用的方法是Milovan peric?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,这几位是我非常崇拜的老先生,他们的每一篇文章,我几乎都收集,而且大有受益。尤其 Milovan peric 教授在我编写程序过程中给了很多指导。

英国的CFD事业永远陷入一个怪循环:英国人出理论,美国人出软件。

6Numeca:为非结构自适应网格。Numeca软件设计软件包有两个:FINE/DESIGNFINE/DESIGN3D

Numeca国际公司一直致力于高度集成及用户化的流场数值模拟软件,及其叶轮机械设计软件的研制和开发。这些软件均采用最新的先进数值分析技术。Numeca国际公司集中了许多优秀的CFD工程师,他们可给用户提供及时有效的技术支持和服务。自从Numeca国际公司成立以来,特别是近五年来,Numeca国际公司已经成功地在国际CFD市场,特别是在叶轮机械领域,掀起了强劲的Numeca旋风。Numeca公司的软件-FINE系列软件,虽然市场化的较晚,但她是目前国际上最优秀的 软件,她采用了近几年研发出的最先进技术,因此,无论在计算速度、计算精度、所需计算机内存、使用方便程度、界面友好程度等方面都优于其他软件(如:FluentStar-CD等)。所以,她引导着世界CFD软件发展的新潮流。其计算速度、精度和计算机内存需要量均比其它软件(如:FluentTarsflowStar-CD等优越,其优越程度使用过其它软件的用户非常惊讶。现在其它软件公司(在网格生成和核心求解器中)也逐渐开始采用类似于Numeca的方法。她所研发并采用的其它技术和方法现也已被其它软件开发者逐步采用。因此,Numeca公司领导着世界CFD软件发展的新潮流。

过去几年,FINE系列软件被国际上普遍认为是叶轮机械等内部流动模拟分析的首选软件。但随着FINE/HEXAHEXPRESS的推出,将使NumecaCFD软件在模拟外部流动(包括各种飞行器:飞机、火箭、卫星等;各种运输工具:汽车、机车船舶等;房屋建筑群,桥梁方面,也比其它软件有许多独特的优越性。

另外,由于Numeca软件自身的特点(高的速度,高的精度,低内存需求,以及使用方便等),她现在也是现代流体工程企业实现其设计、制造自动化体系的首选CFD软件。

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