CFD仿真軟件的案例
【CAE案例】CFD通用仿真軟件在千兆級計算中的優化
在Blue Gene/P超算上，計算1.07億網格規模的算例，比較不同分區軟件(ParMETIS、SFC、PT-SCOTCH和METIS)的并行分區結果下的計算效率，結果如圖4所示：
圖4 在不同分區網格軟件處理下的CFD通用仿真軟件并行計算性能
結果表明，METIS的分區結果在CFD通用仿真軟件下并行計算性能最優，而性能其次的PT-SCOTCH也可作為METIS的替代軟件。
04 研究結論
具備可擴展性、同時功能強大的CFD通用仿真軟件，由于在前處理、求解過程和輸入/輸出(I/O)功能上的優化表現，被PRACE項目認證并入選為用于檢驗超算能力的CFD軟件。
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展開 10個目前流行的CFD仿真軟件，你了解幾個？
說到仿真計算流體力學軟件（CFD軟件），大家都耳熟的有ANSYS Fluent、cfx、STAR-CCM、comsol、OpenFOAM、Phoenics等等。它們都有各自的仿真優勢和市場。
但是，CFD仿真軟件多了，容易讓我們迷茫。一方面，我們不可能全部軟件都學會；另一方面，我們很少人明白它們各自的優缺點，這點對于仿真一些特殊問題時候選對軟件會很關鍵。下面為您介紹10個目前流行的CFD 軟件。
1. ANSYS Fluent
使用領域：流體流動、多相流、流固耦合、動網格、傳熱與輻射、燃燒和化學反應、聲學和噪聲。
特點：提供豐富的湍流模型和多相流模型，模型都有精確驗證過。方便與ANSYS平臺其他仿真模塊進行多物理場仿真。介紹的資料和書本最多，方便上手。市場占有率高。
2. Phoenics
使用領域：流體流動、多相流、傳熱傳質、燃燒和化學反應、暖通建筑。
特點：提供豐富的湍流模型和多相流模型。軟件自帶1000多個例題，方便學習。最大限度的向用戶開放了程序，用戶可以任意修改和添加各種程序和模型。
3. cfx
使用領域：流體流動、傳熱、輻射、多相流、化學反應、燃燒。可滿足泵、風扇、壓縮機、燃氣渦輪和水力渦輪等旋轉機械應用的需求。
特點：是全球第一個發展和使用全隱式多網格耦合求解技術的商業化軟件。一直占據著80%以上的旋轉機械CFD市場份額。2003年被ANSYS收購，方便與ANSYS平臺其他仿真模塊進行多物理場仿真。
4. STAR-CCM
使用領域：流動、傳熱、應力、噪聲、多相流、燃燒。
特點：搭載了CD-adapco獨創的最新網格生成技術，使用CD-adapco倡導的多面體網格，相比于原來的四面體網格，在保持相同計算精度的情況下，可以實現計算性能約3～10倍的提高。
展開 【CAE案例】轉輪機械中轉盤腔的流動傳熱模擬
計算結果驗證了CFD仿真軟件在相對低Reφ（= 2×106）條件下的傳熱預測能力。
圖5 三種溫度邊界條件下，不同壁面求解方法的努塞爾數與實驗數據對比
04 結論與展望
本案例使用CFD仿真軟件模擬了汽輪機系統中封閉轉子-定子轉盤腔中流動和徑向流出旋轉腔內的傳熱現象，模擬結果較好地吻合了實驗數據，同時幾種壁面求解方式也都較好地預測了邊界層的流動情況，很大程度上驗證了CFD仿真軟件對旋轉腔流動中的流動和傳熱的預測能力。
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展開 汽輪機：轉輪機械中轉盤腔的流動傳熱模擬
計算結果驗證了CFD仿真軟件在相對低Reφ（= 2×106）條件下的傳熱預測能力。
圖5 三種溫度邊界條件下，不同壁面求解方法的努塞爾數與實驗數據對比
04 結論與展望
本案例使用CFD仿真軟件模擬了汽輪機系統中封閉轉子-定子轉盤腔中流動和徑向流出旋轉腔內的傳熱現象，模擬結果較好地吻合了實驗數據，同時幾種壁面求解方式也都較好地預測了邊界層的流動情況，很大程度上驗證了CFD仿真軟件對旋轉腔流動中的流動和傳熱的預測能力。
文章來源：遠算云學院
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【CAE案例】模擬水輪機中的旋轉渦帶現象
使用CFD仿真軟件，獲得了與實驗結果近似的數值結果。在部分載荷工況下，實驗結果表明壓力脈動頻率約為轉輪頻率(~1.63 Hz)的0.29倍。從尾水管壓力FFT分析結果可以看出，它大約是轉輪頻率的0.28(~1.57)。0.06Hz的差異是由于數值模擬誤差造成的，可以忽略不計。
使用CFD仿真軟件可以模擬水輪機內部復雜的流動，并且能夠得到準確的結果，驗證了CFD仿真軟件模擬復雜流動的能力。
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展開 【CFD專欄】基于CFD仿真、元建模和貝葉斯推斷方法的離心泵優化設計
Simerics MP+軟件具備自動網格生成器和Navier-Stokes求解器，能夠有效地對離心泵空化進行物理建模。
通過優化過程，降低在較高流速的低壓區域而導致的空化問題。
通過敏感性分析，葉片尾緣角度對泵輸送的揚程影響最大。
通過實驗測試，驗證了CFD結果的準確性。
文章來源：合工仿真
CFD軟件有哪些，應該學哪一個？
CFD發展到現在，各大商業軟件競爭激烈，人機交互趨于直觀化、專業化，已經成為通用機械行業設計、優化設備的有力支撐工具。
但是，CFD仿真軟件多了，容易讓我們迷茫。一方面，我們不可能全部軟件都學會；另一方面，我們很少人明白它們各自的優缺點，這點對于仿真一些特殊問題時候選對軟件很關鍵，下面，為大家介紹目前應用較多的CFD軟件，以及它們各自的應用領域、上手體驗：
Fluent
1. 應用領域：流體流動、多相流、流固耦合、動網格、傳熱與輻射、燃燒和化學反應、聲學和噪聲。
2. 前處理：在fluent被ansys收購之后，ansys將tgrid模塊集成到了fluent中，因此fluent也具有劃分網格的功能。
3. 求解器：基于非結構化網格的通用CFD求解器，針對非結構性網格模型設計，是用有限體積法求解不可壓縮流及中度可壓縮流流場問題的CFD軟件。可應用的范圍有湍流、熱傳、化學反應、混合、旋轉流（rotating flow）及激波（shocks）等。在渦輪機及推進系統分析都有相當優秀的結果，并且對模型的快速建立及shocks處的格點調適都有相當好的效果。
4. 后處理：Fluent求解器本身就附帶有比較強大的后處理功能。5.上手體驗：上手容易，應用最廣，GUI界面友好，求解速度以及求解精度尚可、穩定性比較好。
CFX
1. 應用領域：流體流動、傳熱、輻射、多相流、化學反應、燃燒。可滿足泵、風扇、壓縮機、燃氣渦輪和水力渦輪等旋轉機械應用的需求。
2. 前處理：ANSYS CFX的網格具有完全的靈活性。所支持的網格類型包括三角形、四邊形、四面體、六面體、五面體和棱柱體（楔形）。
展開 “神工坊”高性能工業仿真平臺｜Fluent軟件并行效率測試
Fluent軟件并行效率測試
一、導言
Fluent軟件是ANSYS旗下一款通用CFD仿真軟件，市場占有率比較高，能夠進行流體、傳熱、化學反應等多種工程場景和模型的仿真分析。
二、 Fluent并行效率測試
1、模型介紹
本次測試共有兩個模型，一個是一個離心泵的空化仿真，是一個Mixture多相流問題，另一個是一個發動機內流仿真模型，兩個模型都來自于胡坤老師的公眾號，在原網格基礎上進行了加密。
表1 模型描述
2、并行測試方案介紹
本次并行測試基于國家超算無錫中心高性能仿真計算集群進行，計算隊列每個節點包含2路12核E5-2680V3處理器，主頻2.5GHz，每個節點128GB DDR4內存。
測試時分別使用了單核，24核（一個節點），48核，72核，96核及120核進行計算。
3、測試結果
并行測試結果如下所示：
4、測試結果對比
將case2的測試結果與Fluent官方及第三方超算測試情況進行對比，結果如下圖所示：
其中，Fluent官方測試案例是飛機機翼上方的外部氣流穩態流場仿真，網格規模1400萬；第三方超算測試案例是卡車車身外部穩態流場仿真，網格規模1400萬。
備注：因無法找到相同的仿真算例，故選擇了網格規模接近的算例進行對比，且各方測試并行規模也不完全一致，為方便對比，均轉換成按節點數進行對比（作者：周捍瓏）。
十四五期間，工業數字化將是工業轉型升級的主路線。“神工坊”秉持“算力賦能、協同創新”的理念，爭做“先進算力到仿真算能的轉換器”、“離散機理和垂直仿真場景的連接器”，助力我國工程仿真技術實現跨越發展，支撐重大裝備研制創新和工業設計研發數字化轉型。
展開 設計仿真 | Cradle CFD解鎖乳化瀝青蒸發速率預測，助力綠色公路建設
海南大學土木建筑工程學院聯合海克斯康，依托海克斯康先進的Cradle CFD仿真軟件，針對環境因素對乳化瀝青蒸發速率的影響展開深入研究，成功構建高精度預測模型，為綠色公路施工提供了科學指導。
PART-01
項目背景
乳化瀝青基材料在施工后需經歷水分蒸發過程，才能形成足夠的強度。蒸發速率直接影響材料的可施工時間與養護周期。然而，環境因素（溫度、濕度、風速）復雜多變，傳統經驗模型難以精準預測蒸發速率，導致實際工程中常出現養護時間不足或材料性能不達標等問題。
以往研究多通過實驗室模擬特定環境條件，但這種方法成本高、周期長，且無法覆蓋所有可能的工況。此外，理論計算法依賴大量氣象數據，經驗公式則受限于地域局限性。如何高效、精準地量化環境因素對蒸發速率的影響，成為行業亟待解決的難題。
海南大學研究團隊提出將計算流體動力學（CFD）仿真與基于遺傳算法的符號回歸方法結合，通過海克斯康Cradle CFD軟件構建仿真模型，突破傳統方法的局限，為工程實踐提供可靠依據。
PART-02
Cradle CFD仿真：精準建模與高效驗證
01
模型構建：從理論到仿真
研究團隊基于菲克擴散定律，建立了乳化瀝青水分蒸發的CFD模型。通過Cradle CFD軟件，模擬空氣-水界面的傳質過程，并考慮湍流效應，采用SST k-ω湍流模型優化計算精度。模型中設置了三維和準二維兩種網格方案，通過對比發現，準二維模型在保持精度的同時，計算效率提升近百倍（計算時間僅為三維模型的1/100），顯著降低了仿真成本。
02
網格劃分與驗證：科學與嚴謹
由于仿真模型的計算效率和精度受網格劃分的影響，因此本研究使用了三種網格尺寸來分析三維模型和準二維模型的網格收斂性。
展開 模擬水輪機中的旋轉渦帶現象
使用CFD仿真軟件，獲得了與實驗結果近似的數值結果。在部分載荷工況下，實驗結果表明壓力脈動頻率約為轉輪頻率(~1.63 Hz)的0.29倍。從尾水管壓力FFT分析結果可以看出，它大約是轉輪頻率的0.28(~1.57)。0.06Hz的差異是由于數值模擬誤差造成的，可以忽略不計。
使用CFD仿真軟件可以模擬水輪機內部復雜的流動，并且能夠得到準確的結果，驗證了CFD仿真軟件模擬復雜流動的能力。
文章來源：遠算云仿真
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使用 CFD 仿真優化建筑設計 附精通CFD工程仿真與案例實戰下載
因此，Doggett 強調了在建筑物理和整個建筑行業中使用仿真時，對實際物理測試進行基準測試的重要性。我們需要進行基準測試來增加對仿真結果的信心。
Built Environments 團隊成員在 CFD 仿真中使用現場收集的真實數據。這樣，他們可以立即驗證條件，并確認不同的條件如何影響建筑設計。Doggett 表示，這讓他能夠“看到仿真的力量”，因為他可以“立即看到基準”。
仿真在建筑領域的應用也帶來了另一個挑戰：建筑分析中需要的大規模變化。以建筑物的小規模特征為例，正如前面提到的雨幕，它會影響整個建筑物的熱效率。Doggett 評論道，你可以通過使用二維和三維建模以及 COMSOL Multiphysics 的網格劃分功能來應對這種規模的變化。
盡管存在不少挑戰，但仿真仍能夠滿足各種建筑設計、施工和評估需求，有助于為未來的建筑設計奠定基礎。
下載地址：精通CFD工程仿真與案例實戰
展開 
CAESES與SC/Tetra聯合做CFD仿真優化分析
CAESES與SC/Tetra聯合做CFD仿真優化分析
1. 項目背景介紹
1）攪拌器葉片根據不同的功能，不同的介質等，選擇不同的葉片型式種類。對于某一固定結構形式的葉片，調節葉片的參數也很多，故我們需要在眾多的參數中尋找到影響目標結果最為主要的幾個參數進行分析計算。
2）人為的改動模型提交計算的缺點是工作量較大，且眾多離散點的計算不能很好的統計出影響規律。
3）本說明書主要介紹基于caeses與SC Tetra軟件做參數化CFD仿真分析，主要包括caeses參數化建模，SC Tetra腳本錄制，caeses建立連接以及DOE設計和尋優計算。
2. 使用CFD分析工具介紹
1） CAESES
CAESES是一款仿真驅動的優化設計軟件。CAESES主要應用于概念設計階段，具有強大的復雜曲面參數化建模功能，其軟件鏈接器能夠與目前市場上幾乎所有的商業求解器、開源求解器及企業內部自有CFD求解器等無縫耦合；還具有多種優化算法，可以通過多種手段進行單目標及多目標最優化求解。
2）SC/Tetra
SC/Tetra是一款通用CFD仿真軟件，該軟件徹底改變了過去的CFD軟件產品在“速度”、“簡潔化”和“價格”方面的形象。
展開 【CAE案例】壓水反應堆中通過壓力差測量冷卻劑流量
冷卻劑管道與CFD通用仿真軟件模擬管道內部溫度場的結果壓力差測量示意圖
2000年和2010年在法國沙圖分別進行了兩次通過壓力差計算冷卻劑流量的實驗，這兩次實驗使用了法國B1壓水堆冷端2回路的1:4縮小模型進行試驗。為了驗證CFD通用仿真軟件在壓水堆中監測冷卻劑流量的能力，法國電力公司對這一實驗進行了仿真計算并對比了仿真結果和實驗結果。
實驗設備
02 模型建立
以下案例為法國電力公司使用CFD通用仿真軟件結合前后處理軟件以實驗中使用的壓水堆冷端為模型，模擬管道中的流場，以使用壓力差監測冷卻劑流量的過程。考慮到結構的復雜性，對模型進行了分塊網格劃分，實現了物理模型擬合度高、六面體占比大、質量標準良好且外觀優美的網格劃分，考慮到結構的復雜性。分塊網格劃分的策略結合CFD通用仿真軟件中的網格并接功能，簡化了設置和調試的過程，突破了網格量的極限。下圖展示了分塊劃分的一種策略：
分塊網格劃分策略
03 仿真結果
該仿真過程分別使用了k-w模型、EB-RSM模型以及LES模型進行計算，同時也對比了不同尺寸網格的仿真結果，k-w仿真結果以及仿真與實驗數據之間的對比分別如下圖所示：
從左至右：k-w模型、EB-RSM模型以及LES模型不同網格尺寸對應的仿真結果使用不同湍流模型計算得出的仿真結果與實驗數據之間的誤差對比
仿真結果表明，不同模型的流線形狀大體一致，但具體細節略有不同：首先，所有模型對應的仿真都預測出了第一個彎頭出口處的迪恩渦流；其次除最粗網格外的所有計算都預測到了蒸汽發生器水箱中的垂直壁與入口之間的渦流；另外還可以發現k-w模型的穩定性強于EB-RSM模型強于LES模型。
展開 利用CFD（計算流體動力學/流體仿真技術）判斷液力扭矩系數
使用時只要將設定的幾何形狀和參數輸入電腦，例如閥門開度參數和流體流向等，然后就可以運行軟件了。與之配套的還有專門開發的一款app，可以將不同開度時的仿真結果用Cv、Kv和Cdt的形式表達出來。
總結
上述案例表明，閥門的液力扭矩系數是由多項因素共同決定的，包括系統狀況、閥門設計、閥瓣位置和轉動角度等。而傳統的流量回路試驗雖能判斷操作扭矩，但對閥門設計師而言，它的分析能力還是缺乏足夠的深度。
顯然， 計算流體動力（CFD）技術不僅能解算動態扭矩，還能在閥門投產前分析出設計中的差錯或不足之處。不僅如此，CFD技術還在不斷發展，例如基于人工智能的自主CFD，以及更強大的計算能力等。可以預見，閥門設計將會迎來革命性的進步
展開 風電場CFD仿真選擇不同精度粗糙度數據的效果對比分析
現階段風能資源評估在流體仿真中使用的粗糙度數據源主要有ESA300m-2010、ESA10m-2020、LC100m-2019、GLC30-2010與GLC30-2020。
03
風資源發電量計算軟件分析
為對比不同精度粗糙度在風資源評估中對結果的影響，現以某平原項目為例，采用不同粗糙度數據作為輸入進行仿真模擬（其他仿真輸入條件保持一致），對比哪種粗糙度數據對仿真結果更為有利。
