在自然科學和實際工程中所遇到的幾乎所有問題在本質上都是多尺度的，什么叫做“尺度”呢？我們看一下百度的解釋：尺度是許多學科常用的一個概念，在定義尺度時應該包括3個方面的含義：客體（被考察象）主體（考察者）及時空。在有些時候尺度并不單純是一個空間概念，還是一個時間的概念。
       對于流體系統，在對系統計算精度要求不高，或者系統模型簡單的時候，這種多尺度仿真方法并沒有突出的特點和優勢。單一尺度的流體系統模型（比如FLOWMASTER或者AMEsim搭建的熱流體模型）就足以應付。但是隨模型復雜程度的提高，設計的流體系統不斷復雜多樣，單一尺度的等效模型顯示出其固有的局限性。其中一個主要缺點就是它的精度無法滿足實際應用的要求，對于一個含有各種“非標準模型”的復雜流體系統，單一尺度模型難以描述其行為。例如，發動機進氣歧管、幾何形狀不規則的排氣管等等，我們很難使用一維模型去描述這些模型內部物理參數的變化規律。

       在流體系統中，有些單一尺度的模型（如一維FLOWMASTER模型）是基于經驗和實驗的。所以，為了獲
得更加精確的計算結果，人們選擇精度更高、計算時間更長、尺度更加“微觀”的三維CFD計算。然而，在整個流體系統上使用微觀尺度量級的模型（尤其當模型存在大的尺寸跨度時候），增加了建模的復雜性和龐大的計算量，計算成本急劇升高，甚至是根本無法實現。而且即便這樣，計算結果可能包含許多我們并不關注的信息，甚至可能忽略了我們所關心的信息。
       鑒于上述不足，人們發展了這種一維三維耦合的方式，來兼顧流體系統的一維尺度和三維尺度，對于一些幾何形狀復雜、內部流道復雜，難以使用一維模型描述的部件（比如發動機氣缸冷卻水套、高壓油軌）、我們釆用三維CFD模型計算；而對于管道、彎頭、三通管等等可以用一維模型描述的部件，我們釆用一維模型計算。這樣，實現了一維-三維流體系統聯合仿真。這也是傳統流體計算經驗實驗方法與現代數值計算方法的結合。

                                                          圖1    流體系統聯合仿真方法示意圖

       一維- 三維聯合仿真，將一維計算的簡約、三維計算的直觀完美融合，是一種高效先進的流體系統計算方法，相比較任何一種單一尺度模擬仿真，主要優點如下：

              1、 更為精確的邊界條件，更為精確的系統動態特性仿真結果。
              2、 簡化邊界條件要求，減少邊界條件的假設以及用戶輸入參數的錯誤。
              3、 更為精確的仿真結果 。

        一維-三維聯合仿真，分為直接耦合和間接耦合，直接耦合方法有floefd-flowmaster、fluent-flownex等；間接耦合方法有基于MPCCI的FLOWMASTER和fluent聯合仿真，尤是基于MPCCI的耦合方法，有多種代碼耦合方式可以選擇，是一種先進的雙向代碼耦合方式。

                                                             圖2 基于MPCCI的1D-3D聯合仿真數據交換示意

        現如今的一維 - 三維聯合仿真具體如何實現 ，國內研究的人較少，有價值的參考資料較少，介紹如何同時操作三個軟件實現耦合的資料更是少之又少，而且難度較大。導致流體系統聯合仿真方法的應用和推廣受到很大阻力。鑒于這種情況，我推出了 “基于MPCCI的FLOWMASTER & Fluent聯合仿真專題教程”，將我最近一段時間的聯合仿真經驗 、操作方法法詳細說明 ，并期待能拋磚引玉，促進交流，促 進多尺度聯合仿真方法得到進一步的發展和應用。
附錄課程大綱（可能與實際課程內容稍有出入，以課程內容為準）。

課程介紹.docx

參考文獻：《多尺度模擬與計算研究進展    張廼龍  郭小明  東南大學土木工程學院工程力學系，南京