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如何理解 ANSYS Fluent 在产品设计中的定位

24天前浏览9967

本文摘要(由AI生成):

本文讨论了Fluent软件在企业应用中的定位,强调其作为高级计算器的本质,能够处理丰富的流体问题。同时,文章也指出了Fluent软件的一些局限性,如无法解决原理不清或考虑过多工程细节的问题。为了提升Fluent仿真结果的说服力,作者建议流体仿真工程师应成为一个靠谱的仿真专家,并增加多个对比仿真算例以及配合实验进行验证。通过严谨的仿真过程和合理的解释,可以使Fluent的仿真结果更具可信度,从而为企业产品设计提供更可靠的参考。


我们所熟识的CAE软件,全称叫计算机辅助工程,因此可以认为仿真软件的本质仍旧是工程。所有的工程问题都具备多样性的特点,因此对于同一个情况,会有各式各样的解决方案。

虽然价格有所差异,但宝马和中华都可以制造舒适、美观、性能完备的乘用车,这就是工程多样性的典型表现


Fluent属于工程仿真的一种,也是一个开放的问题,因此对于其中很多的环节,都可以从不同的角度得到多种结论。

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。

那么应该如何给我们ANSYS Fluent 做一个合理的定位呢?我觉得可以从以下的几个角度来描述。


Fluent软件的概略特点(非详细功能)

Fluent 软件所具备的流体仿真功能是非常详细且庞大的,资料非常非常的多,本文也就不详细介绍这些内部特点了。当然,如果我们将Fluent 当成一个整体,从外部去观察他,也能够获得一些不常见的、概略性的特点:

  从属于 CAE 体系

Fluent 是成熟的计算流体动力学软件(简称CFD)软件,是计算机辅助工程(简称CAE)的重要组成部分。因此Fluent的本质仍旧属于工程的范畴,也必须具备工程所需的特点,如:

● 必须具备明确的目的性

● 要抓住主要特征,忽略次要因素

● 要充分考虑经济效益

● ……

如果能够准确理解 Fluent 是工程这一本质,那么就会对我们的工作有极大的促进;至少我们可以在仿真分析之前清楚的知晓,我们工作的代价能够付出多大,需要效率达到何种水准。

  可以体现使用者的技术价值

Fluent 软件难度很大,想要真正掌握这个软件,必须经过专门的培训和长期的反复学习。因此Fluent 流体工程师在业内还是具备相当的口碑,从某种程度上讲,Fluent 软件可以为他的使用者,提供相当高的印象加分。

  非线性迭代计算(无精确解)

流体的基本理论是由非线性方程构成的,这就表明工业中的流体问题是无法获取精确结果的,这一点可以对比结构分析的静力学(部分问题有标准答案)来看;因此,从这个角度来讲,流体仿真与静力学仿真在支持产品设计方面,要具备不同的思路。

Fluent在迭代的过程中,每一步的变量值都不一样,只是有的区别大、有的区别小;而且这些不一样的结果,在收敛的情况下都可以认为是对的(或者说是仿真合理的)。那么对于Fluent的这样一个特点,相信会引起我们各位流体仿真工程师的一些思考。

  代码封闭(黑盒子)

Fluent 的代码是商业机密,不可能公开也不可能被获取,但是在帮助文档中,Fluent给出了详细的计算流体力学理论公式,简而言之就是为了说明:我的代码就是按照这些理论公式来写的。因此,Fluent 是一个黑盒子,我们给的一些输入,会对应出现输出,至于中间的过程,我们并不知晓。

对于黑盒子,有些人是不信任的,毕竟不知道详细信息,任何人也不敢肯定这个代码一定是按照理论来写的;从这个角度来讲,对Fluent 的不信任也是可以理解的。

  可扩展性强

在工作中,为了达到目的,我们通常会采取多种方法,这些方法,可以认为是我们Fluent工程师勤工作的智慧结晶,也是最宝贵的知识财富。

当然,随着问题的复杂程度不断提升,我们的产品仿真要求也不断增加,这些要求通常是Fluent(或其他CFD软件)标准界面无法实现的。因此,要想将我们工程师的聪明才智与软件更好的,结合,就必须要有强大的可扩展性,Fluent就提供了这种强大的可扩展功能(UDF),也正是这个原因,让Fluent这款软件成为了我们充满智慧的工程师的首选工具。相比之下,CFX等流体仿真软件的可扩展性就很弱,无法满足我们工程师天马行空的想法。

  知名度高、应用广泛、资料丰富(限于篇幅暂不扩展介绍)

  ……


Fluent 软件在企业应用中的定位

流体设计人员对 Fluent 的观点,主要可以分为以下三种:

● 极端观点一:Fluent 非常强大,啥都能算,算的也都靠谱


● 极端观点二:Fluent 不靠谱,都是瞎忽悠,不可信

● 大多数观点:没有那么强大,但还是具备丰富的功能,可以在很多问题上体现价值


  Fluent 的本质,只是一个高级的计算器

  原理不清的问题无法解决

  考虑过多工程细节的问题无法解决

  给出指定的输入、会反馈相应的输出

  Fluent 仅仅是把我们熟识流体的理论应用在不同的实际场景(几何模型)中

  Fluent 是一种工具,给我们的工作提供参考


画外音:为何领导(专家)会看不上我用Fluent算的结果呢?

一方面是专家自身的原因:

  本身性格比较倔强

  遇到过不靠谱的仿真工程师(或仿真算例)

  对黑盒子充满不信任

  ……

另一方面则是流体仿真工程师的原因:

  有些问题依照 Fluent 的结果,作出了决定性的判断

  工程师无法解释清楚算例仿真的可靠性

  仿真过程不够严谨或有错误

  ……


画外音:如何让 Fluent 的结果更具说服力?

那么在了解了Fluent 的定位以后,流体工程师们要如何工作,才能发挥CFD软件的优势,从而使Fluent 仿真的结果更具说服力呢?

  做一个靠谱的 Fluent 仿真工程师 ※※※※※

  新增多个对比仿真算例

  针对产品的单个 Fluent 算例,说服力是较弱的(但这却是流体工程师平时做的最多的)

  单个算例误差来源广泛,详细情形难以界定

  多个产品设计方案的仿真结果对比,通常具有说服力;因为可以有效屏蔽通用性误差

  仿真与实验配合,才能让 Fluent 发挥真正的价值



作者:张杨 流体高级工程师 仿真秀专栏作者

声明:原创文章,首发仿真秀,部分图片源自网络,如有不当请联系我们,欢迎分享,禁止私自转载,转载请联系我们。

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首次发布时间:2019-02-13
最近编辑:24天前
张杨
硕士 | 高级流体工程... 仿真分析要有理有据
获赞 693粉丝 14229文章 28课程 16
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4条评论
monkeyfire
monkeyfire
3年前
挺好的
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Tsinglin
专注热&流体仿真及实验
4年前
看张杨老师的文章就是一种享受
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小丑
无知不是生存的障碍,傲慢才是!
4年前
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小丑
无知不是生存的障碍,傲慢才是!
5年前
这次的文章有看点呀
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