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1. 生活中的CFD
CFD能干什么用?
手里有一瓶啤酒,晃荡晃荡,啤酒就会晃动。
要知道啤酒晃动的速度,液位等,真的需要买100万的设备来测量么?
通过CFD,搭建2998元的计算机,求解大量的方程就可以获得啤酒晃荡的流场。
ANSYS Fluent VS OpenFOAM商软和开源的对决？ 以人民的名义
2017-05-01 by:CAE仿真在线 来源:互联网
商软 VS 开源
ANSYS Fluent VS OpenFOAM
终有一战
冬天北方要烧暖气,暖气片通常在窗户的下面。把暖气片放在离窗户远一点的地方,效果会好么?
通过CFD,搭建2998元的计算机,即可获得不同暖气片位置的室内温度分布。
有钱了,买车了,想添加个尾翼。但不知道尾翼到底管用么?
通过CFD,搭建2998元的计算机,即可知道添加尾翼后的效果。
2017年的CFD已经用于各种行业,你所知道的领域都存在CFD的身影。
2. 学术界的CFD
在严谨的学术界,CFD(Computational Fluid Dynamics),中文译名为"计算流体力学"。
CFD将物理、计算数学、计算机糅合一起,来模拟流体的运动,最早开始与1930年代初期。
CFD的首次应用是求解非线性的亚音速势流方程。之后随着计算机能力的增强,CFD大肆普及。
CFD得益于计算机,也受限与计算机。
1980年代计算机展露萌芽的时候,二维以及三维欧拉方程的求解变成了可能。
多重网格法(CFD逆天黑科技:“多重网格法”)的提出以及计算机能力的大幅提升,CFD也可以用于模拟飞机外流场以及旋转机械的内流。
1979年Spalding(“CFD名人堂”|Brian Spalding)的学生Patankar的SIMPLE算法依然是21世纪CFD求解器重要的求解算法。
1980年代中期,CFD研究者的重心转移到了考虑粘性的Navier-Stokes方程(NS方程提出者:Claude-Louis Navier)求解。
1985年,Issa的PISO算法问世,独创非迭代压力速度求解算法,依然是当今瞬态问题的首选算法。
同时,各种湍流模型(十年经验之SST湍流模型(一)以及差值格式(CFD玩了这么多年,听说过著名的“快”格式不?)层出不穷。
湍流模型中剑走偏锋的当然是LES以及DNS(几张图说明LES、RANS)。但是目前LES和DNS距离工程实践操作还任重道远。
1980年代末期,得益于隐性格式(非稳态离散中的“显性”和“隐性“格式),真实的气动力学模型可用于CFD计算,随后使用CFD进行组分混合、燃烧、火焰模拟逐渐成为研究热点。
另外,1979年的FCT算法(CFD中的“通量修正”算法,隐姓埋名40年),已经是各种高分辨率格式的雏形。
同时需要注意的是,1983年的Rhie-Chow插值格式的提出,同位网格全面的取代了错位网格。
在现代,CFD已经大量的用于汽车、飞机、医学、能源、暖通行业的相关研究。
然而,CFD市场远没有有限元市场巨大,正如下文所说:
“CFD market is not quite as large as the one for structural mechanics. The lag can be explained by the fact that CFD problems are more difficult”
-- "Computational Method for Fluid Dynamics"
造成这个原因或许是,CFD真的是太难了。
本节数据来源于网络
3. F与O的对决,以CFDer的名义
当今CFD市场(如果国内有成熟的CFD市场的话),Top2必然是商软ANSYS Fluent以及开源免费OpenFOAM。目前的Fluent已经成为是ANSYS旗下的产品(“ANSYS,无处不在” | CAE巨头50年)。
目前的OpenFOAM通常指的是OpenFOAM基金会发布的版本(“OpenFOAM”的前世今生)。
商软Fluent与免费OpenFOAM,到底应该选择哪个?
ANSYS自2004年起Google搜索热度
OpenFOAM自2004年起Google搜索热度
ANSYS热度区域前5名:中国,韩国,印度,伊朗,台湾
OpenFOAM热度区域前5名:伊朗,德国,瑞典,日本,中国
数据来源于Google,CFD界对此不进行评论,仅供娱乐。
ANSYS Fluent(以下简称Fluent)从属于ANSYS。ANSYS的前身是SAS,SAS由Swanson创立,最初主要关注有限元算法。SAS成立之初就是以商软的名义,以公司化运营。
OpenFOAM前身是FOAM,是Henry Weller在帝国理工大学,自己捣鼓出来的产物。随后经过Gosman(CFD名人堂 | A. D. Gosman)90年代若干博士的开发,在2004年发布开源版本OpenFOAM。
负责Fluent算法开发和植入的人数官方并没有透漏。不过ANSYS在世界各地具有大量的代理商进行销售。
OpenFOAM负责开发的人员,远比你们想象的要少,且OpenFOAM无人负责推广。
ANSYS随后一直进行着大量的并购,整合CAE领域的分析软件,ANSYS的目标是渗入CAE的所有领域。
OpenFOAM至今,主要开发人员依然是Henry Weller,并且运营方是Henry Weller领导的OpenFOAM基金会。
这也就意味着,ANSYS未来的导向,需要公司内部会议来决定。
OpenFOAM的未来走向,Henry Weller个人占据绝对的主控权。
Fluent和OpenFOAM的相同点是:专注CFD。
Fluent运营自主性:★★
OpenFOAM运营自主性:★★★★★
Fluent和OpenFOAM的用户友好性对决实际上是键盘和鼠标的对决。
Fluent对用户极为友好,尤其是对于使用windows操作系统的用户。用户需要做的就是点击、点击、再点击。对于正版用户,还会获得官方必要的支持。
OpenFOAM对用户是极为不友好的,因为OpenFOAM需要在Linux下运行。这也就意味着所有的OpenFOAM前处理、后处理等都是在文本编辑器(windows下的记事本)下进行。并且OpenFOAM在2016年之前官方只负责维护Linux版本,虽然在近期,OpenFOAM官方表示OpenFOAM支持所有的操作系统,不过CFD界对此持谨慎态度。
Fluent对于那些习惯点击点击点击的用户,是天堂。
OpenFOAM对于习惯点击点击的用户,是地狱倒是谈不上,只不过很繁琐。
对于大量的国外的极客们,真的有人是讨厌鼠标的。Henry Weller也曾直接表示:
“Windows sucks!”
"Windows完犊子了!"
OpenFOAM对那些不用鼠标的Geek,是天堂。
Fluent对于那些不用鼠标的Geek,真的是地狱。
在这里又牵涉到另一个纷争,你喜欢用附带图形界面的编辑器?还是用hjgk进行文本编辑?你喜欢用鼠标么?你每天进行写代码的时间是多少?
不过不管怎么样的纷争,业内普遍的看法是,ANSYS Fluent对用户的友好性大大高于OpenFOAM。
Fluent用户友好度:★★★★★
OpenFOAM用户友好度:★
学习Fluent,下载个windows版本,然后跟着上千页自带的教程做就可以了。
学习OpenFOAM,你首先要熟悉Linux系统,以及习惯Linux的操作方式。这意味着,你可能还要学习如何使用Linux。
Fluent书籍资料多如牛毛;
OpenFOAM学习资料屈指可数;
Fluent官方的资料对各种工况的模拟都提供了设置方法;
OpenFOAM官方资料只进行了2个算例的设置方法;这也就意味着,如果你要进行其他的算例模拟,你就需要自己研究了。
CFD界和若干朋友沟通,OpenFOAM的学习过程,严重慢与ANSYS Fluent,对于新手来说,通过一星期进行OpenFOAM的安装,一个月学会层流模拟这种情况并不少见。
Fluent上手速度:★★★★★
OpenFOAM上手速度:★★
Fluent代码不对外公开,用户只能进行选择,你并不知道怎么样使用最小二乘法去求梯度;
OpenFOAM开源,用户可以从代码中非常明确地了解到如何进行离散,如何求解方程组;
Fluent为闭源的商软,提供少量的接口供用户调用,用户可以通过自定义函数来进行外挂CFD程序。
OpenFOAM本身为开源软件,用户只要了解C++语言,可以随意的修改OpenFOAM。
Fluent代码灵活性:★
OpenFOAM代码灵活性:★★★★★
Fluent目前在国内外已经大量的被应用于工程实践。
OpenFOAM目前在国外的工程项目中也正在逐渐成长,但规模并没有Fluent大。
且Fluent和OpenFOAM都可以进行上亿网格的大规模工程计算。
随之未来的是OpenFOAM一些特别的工业应用:
对于某些企业需要的自动化运行。OpenFOAM可以通过脚本的方式,完全的做到绝对的自动化模拟以及远程操作。Fluent受限极大。
对于正在逐步开始的云计算,OpenFOAM可以植入到任何的软件以及平台中。云计算企业只需要把用户喜欢的点击转换成为后台的命令。Fluent云计算目前在ANSYS公司还是一个比较新生的状态。
各有优势,平分秋色。
Fluent工业应用:★★★★
OpenFOAM工业应用:★★★★
因为目前普遍认为Fluent比较经得起折腾,OpenFOAM有时候比较娇气。这直接导致学习这俩种软佳的结果不同。
使用Fluent,大可不管ke模型还是kOmega模型,通通算起来,并且可能还全部收敛了。
使用OpenFOAM,从ke换到kOmega,首先参数就改变了,并且可能并没有收敛。
很明显了,用户使用OpenFOAM,需要对CFD有比较明确的了解才能游刃有余决胜千里。
如果和实验数据进行对比,没人敢说Fluent算得比OpenFOAM完美,也没人断定OpenFOAM更准确。
学习Fluent边际效应:★★★
学习OpenFOAM边际效应:★★★★★+★★
本文由赵一铭供稿,CFD界整理润色,除第2节外本文为CFD界的主观看法,仅为抛砖引玉,望百家齐放,百家争鸣。
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