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CFD(流體計(jì)算)軟件大比拼
時間:2013-07-09 16:45:04 作者:綠建之窗 來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載 閱讀:10245內(nèi)容摘要:1,、Fluent:2006完成被ansys收購,!在美國,,有限體積法FVM法,,F(xiàn)luent已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品如下:(廣泛應(yīng)用,!支持c\c牋語言開發(fā))Fluent6.2---基于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的通用CFD求解器,,以前的是結(jié)構(gòu)網(wǎng)格求解器,,如4.5,、5.5版的;Fluent的軟件設(shè)計(jì)基...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(yīng)用,!支持c\c++語言開發(fā))
Fluent6.2---基于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的通用CFD求解器,以前的是結(jié)構(gòu)網(wǎng)格求解器,,如4.5,、5.5版的;
Fluent的軟件設(shè)計(jì)基于CFD軟件群的思想,,從用戶需求角度出發(fā),,針對各種復(fù)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(lǐng)域內(nèi)使計(jì)算速度,、穩(wěn)定性和精度等方面達(dá)到最佳組合,從而高效率地解決各個領(lǐng)域的復(fù)雜流動計(jì)算問題,。基于上述思想,,Fluent開發(fā)了適用于各個領(lǐng)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(xué)反應(yīng)和其它復(fù)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(shù)及共同的圖形界面,而各軟件之間的區(qū)別僅在于應(yīng)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(qiáng)組合建構(gòu)模型能力之前處理器,,然后由Fluent進(jìn)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(xué)及工程上有關(guān)流體力學(xué)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(lǐng)域的軟件,,其應(yīng)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(xué)反應(yīng)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(yīng)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(yīng)用于塑料射出成形機(jī),,擠型機(jī)和吹瓶機(jī)的模具設(shè)計(jì)。
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(jì)算流體力學(xué)軟件的冗長學(xué)習(xí)過程,。它的圖形人機(jī)接口和組件數(shù)據(jù)庫,,讓工程師直接設(shè)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(luò),,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(qiáng)大的通風(fēng)系統(tǒng)分析軟件,。
QFin---專門針對散熱器優(yōu)化和設(shè)計(jì)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(rèn)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(jī)群上算飛機(jī)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(diǎn),,CFX的優(yōu)點(diǎn)是物理模型豐富,功能強(qiáng)大,,基于有限元的有限體積離散方法,,精度比較高,但是計(jì)算速度慢,;Fluent物理模型比較缺乏,,很多問題沒有對應(yīng)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(diǎn),,也知道Fluent在某方面的強(qiáng)。
(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(qiáng)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(fù)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(diǎn)擺在GUI的改善吧,可是都可以達(dá)到相同的功能,,習(xí)慣就好,,CFD code的重點(diǎn)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(diǎn),。基本上,,求解的準(zhǔn)度與使用者的功力有很大的關(guān)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(bǔ)長短,同時提升,。
(6)至於模型,,大概都會反應(yīng)最新的學(xué)術(shù)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(yīng),、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(yùn)動網(wǎng)格,但在其VR環(huán)境不可以),、多重網(wǎng)格,、精密網(wǎng)格。可以對三維穩(wěn)態(tài)或非穩(wěn)態(tài)的可壓縮流或不可壓縮流進(jìn)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(yīng)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(jì)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(shí))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(fù)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(diǎn)則是網(wǎng)格比較單一粗糙,,針對復(fù)雜曲面或曲率小的地方的網(wǎng)格不能細(xì)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(jìn)行更高級的分析則要采用命令格式進(jìn)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(yàn)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(jìn)行修改、增加新模型的功能和接口,,可以用FORTRAN語言進(jìn)行二次開發(fā),。
5、Star-CD
Star-CD的最大缺點(diǎn)是不容易上手,,至于說到它的前處理器還是相當(dāng)不錯的,,只是很多人不愿意靜下心來研究它的使用,因?yàn)樵谶@樣的時候,,很多人會找借口,,用Fluent,,CFX多方便啊,干嗎還要學(xué)Star-CD,。實(shí)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(fù)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(rèn)為四面體網(wǎng)格是萬能的,,試一下吧,不累死你和你的機(jī)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(shí)不比其它軟件差,,但是它的后處理實(shí)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(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的求解器,,想當(dāng)初Star-CD就是靠這起家的,Star-CD從它開始就是針對非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的,。
V315好像在求解器上確實(shí)又有了進(jìn)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(qiáng)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(xué)者的喜歡,并且國內(nèi)多數(shù)歸國學(xué)者是美國的,,當(dāng)然對Fluent熟,。
我之所以喜歡Star-CD是因?yàn)樗怯?/span>FORTRAN編寫的求解器,看看它的文檔和USERSUBROTINE,,很容易應(yīng)用到自己的程序中,。
CFX V5.4以后好像采用的計(jì)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(shí)有點(diǎn)不爭氣,Star-CD的research group集中了現(xiàn)代計(jì)算流體力學(xué)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(jié)構(gòu)化網(wǎng)格計(jì)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(kuò)展到 結(jié)構(gòu)計(jì)算(應(yīng)力分析),以及相變換熱這些比較難處理的領(lǐng)域,, 大家可以看看Hamburg大學(xué)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(xué)校的時候 指導(dǎo)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(jì)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(jì)算 應(yīng)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(yīng)力的耦合計(jì)算,,并且是FVM方法。
想起Star-CD現(xiàn)在的經(jīng)驗(yàn)業(yè)績,,不得不為其擔(dān)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(yán)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(dǎo),。
英國的CFD事業(yè)永遠(yuǎn)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(jié)構(gòu)自適應(yīng)網(wǎng)格,。Numeca軟件設(shè)計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)軟件的研制和開發(fā),。這些軟件均采用最新的先進(jìn)數(shù)值分析技術(shù),。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(shù)支持和服務(wù),。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(jī)械領(lǐng)域,掀起了強(qiáng)勁的Numeca旋風(fēng),。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(jìn)技術(shù),,因此,無論在計(jì)算速度,、計(jì)算精度,、所需計(jì)算機(jī)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(dǎo)著世界CFD軟件發(fā)展的新潮流,。其計(jì)算速度,、精度和計(jì)算機(jī)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(shù)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(lǐng)導(dǎo)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(rèn)為是葉輪機(jī)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(jī),、火箭,、衛(wèi)星等,;各種運(yùn)輸工具:汽車、機(jī)車船舶等,;房屋建筑群,,橋梁方面,也比其它軟件有許多獨(dú)特的優(yōu)越性,。
另外,,由于Numeca軟件自身的特點(diǎn)(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(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì),、制造自動化體系的首選CFD軟件,。
該文章所屬專題:環(huán)境模擬
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