选择一款适合自己的Fluent前处理工具是一件“幸福的烦心事”

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作者优秀: 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家/独家讲师
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随着商业软件的不断发展，Fluent 仿真的前处理工具也越来越多。同时，大多数软件都在不断的更新功能，使我们的工作越来越方便、快捷、精准。当然，面对着种类繁多的前处理工具，如何选择适合自己、适合仿真的软件，反而成为了一件“幸福的烦心事”。

本文就尝试从一个最为普适Fluent 仿真的角度，介绍一下选择前处理工具的通用思路。

图1 令人眼花缭乱的Fluent前处理工具

本文的目的并不是要否定别人的观点、也并不希望一定能够说服大家，而仅仅是从某些特定的角度，提供一些信息，希望能够引发大家的思考。

场景的限定：对于大多数的工程师而言，不同的案例对于网格的要求通常是有区别的。因此在选择网格类型、选择前处理工具之前，必须要限定我们使用Fluent的场景，这样才能更有说服力。

场景一：工程师需要处理相对紧急的仿真工作

在这样一种状态下，仿真工具的选择只有一个要求，那就是熟练。任何的仿真工作仍旧属于工程的范畴，需要考虑工作效率的优先级。因此，在此类场景下必须使用自己熟悉的软件（即使是Gambit这一类处于鄙视链末端的软件），而不需要考虑软件的其他特性，我们的目标就是按照最快的速度完成仿真工作。

图2 不管怎样，Gambit仍旧可以有效生成Fluent需要的体网格

场景二：相对较为缓和的仿真要求或研究性、探索性仿真分析

在这样一种情况下，可选的前处理工具就比较多了。在这里我们还是建议使用ANSYS公司的软件（如SCDM、Fluent Meshing等），原因有三：

① Fluent 目前是ANSYS旗下的求解器，选用自家的软件可以有效避免很多软件间数据交互的问题。

② ANSYS 目前在流体仿真中具备功能完备的前处理软件群，可以有效适应各种不同的仿真需求。

③ 随着客户对仿真要求的不断提升，ANSYS一直在探索一体化的流体仿真流程，从而实现更为高效快捷的工作状态。因此，掌握ANSYS前处理技术将在不久的将来成为Fluent工程师的必修课。

虽然明确了选择ANSYS前处理软件的思路，但“幸福的烦恼”仍旧存在，因为目前ANSYS的前处理工具还是比较多的，如何选择仍旧需要继续讨论。为了缩减选择的范围，下文的场景主要基于ANSYS软件展开。

图3 “幸福的烦恼” ANSYS 流体仿真前处理家族合影

场景三：需要处理产品的几何模型

这一块的内容选择起来相对较为容易，主要按照以下的流程即可。

图4 几何选择流程图

简单的讲就是：专用的叶片设计用blademodeler，强参数化需求的问题使用DM、其余绝大部分通用问题，都选择SCDM！

自从2015年SCDM被ANSYS收购到今天，大家可以明显的发现SCDM已经逐渐取代了DM成为使用最为广泛的几何处理工具。而且SCDM的无约束、无特征建模思路也被证明是最适合流体仿真前处理的方法。

当然，ANSYS对于SCDM的“爱”还不止于此。包括Discovery Live /AIM在内的新仿真工具，目前都是基于SCDM软件开发的；同时，2019之后的版本还可能新增一体化网格划分功能，即将ICEM CFD的六面体技术与SCDM融合起来。这些都体现出ANSYS对于这个软件的重视。因此，在几何处理的环节选择被ANSYS着重投入精力的SCDM软件是毫无争议可言的。

图5 基于SCDM开发的实时仿真工具Discovery Live

图6 SCDM在2019版本的beta功能：基于block的网格划分

几何处理完毕以后，就进入到了网格环节。主要还剩下以下几个场景需要判断和选择。

场景四：需要使用六面体（Hex/Quad）网格

常用的工业品流体仿真，大多数并不需要使用六面体网格。因为产品的几何形状通常相对复杂，划分六面体网格需要的时间过长，会降低整体的工程效率。因此，选择使用六面体（Hex/Quad）网格的场景通常有以下几个方面：

① 当几何简单（或二维）的时候；

② 当关键区域的流动方向与网格方向完全一致的时候，此时可以有效降低数值误差，提升收敛效率；

③ 当领导/专家有特殊要求的时候；

④ 当你喜欢划分六面体网格，而且相关经验丰富，时间充足，视力感觉良好的时候。

图7 旋转叶片和散热翅片，是为数不多的网格方向与流场一致的工业品，使用六面体将极大的提升仿真精度

图8 对于航空航天行业的外流场问题，全六面体网格也是常见的选择。

对于六面体需求的场景，只能推荐使用ICEMCFD来做。因为Fluent Meshing 无法生成Hex/Quad，Workbench Meshing也无法有效应对复杂几何的全六面体。

画外音：除了纯六面体网格外，其他的场景则不建议使用ICEM CFD。原因如下：

① 几何修复能力远不及SCDM（包括建模效率、修复效率、操作界面等）

② 针对简单几何的自动网格划分，工作效率不及Workbench Meshing （ICEM过于复杂）

③ 针对复杂几何的自动网格划分，综合素质也不如Fluent Meshing （如稳定性、工作效率等）

因此，最后需要讨论的，只剩下Fluent Meshing和Workbench Meshing了。

场景五：如果工程师是流体新手，仿真几何简单或者需要做仿真模板时

以上三种情况是必须要选择Workbench Meshing的。对于简单的网格划分问题（包括二维），Workbench Meshing易于上手且简单高效，符合仿真效率优先的要求；对于仿真模板的参数化的问题，Fluent Meshing目前还不能和Workbench联动，因此只能选择Workbench Meshing。

图9 Workbench Meshing 是极为友好的新手入门软件，几乎可以一键划分网格

画外音：2019之前版本的参数化功能和ICEM CFD的六面体网格兼容性也不太好。

场景六：不属于场景五的其他情况

这个时候Workbench Meshing就已经不存在统治级别的优先了。所以，通常我们要看工程师对Fluent Meshing的熟悉程度。如果熟悉，那么Fluent Meshing一定是首选；不熟悉的话，就只能转战Workbench Meshing了。当然，我们还是建议各位工程师利用课余时间学习Fluent Meshing，因为Workbench Meshing还是有很多限制的。