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1. 生活中的CFD
CFD能干什么用?
手里有一瓶啤酒,晃蕩晃蕩,啤酒就會晃動。
要知道啤酒晃動的速度,液位等,真的需要買100萬的設(shè)備來測量么?
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ANSYS Fluent VS OpenFOAM商軟和開源的對決？ 以人民的名義
2017-05-01 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
商軟 VS 開源
ANSYS Fluent VS OpenFOAM
終有一戰(zhàn)
冬天北方要燒暖氣,暖氣片通常在窗戶的下面。把暖氣片放在離窗戶遠(yuǎn)一點的地方,效果會好么?
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有錢了,買車了,想添加個尾翼。但不知道尾翼到底管用么?
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2017年的CFD已經(jīng)用于各種行業(yè),你所知道的領(lǐng)域都存在CFD的身影。
2. 學(xué)術(shù)界的CFD
在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)界,CFD(Computational Fluid Dynamics),中文譯名為"計算流體力學(xué)"。
CFD將物理、計算數(shù)學(xué)、計算機(jī)糅合一起,來模擬流體的運(yùn)動,最早開始與1930年代初期。
CFD的首次應(yīng)用是求解非線性的亞音速勢流方程。之后隨著計算機(jī)能力的增強(qiáng),CFD大肆普及。
CFD得益于計算機(jī),也受限與計算機(jī)。
1980年代計算機(jī)展露萌芽的時候,二維以及三維歐拉方程的求解變成了可能。
多重網(wǎng)格法(CFD逆天黑科技:“多重網(wǎng)格法”)的提出以及計算機(jī)能力的大幅提升,CFD也可以用于模擬飛機(jī)外流場以及旋轉(zhuǎn)機(jī)械的內(nèi)流。
1979年Spalding(“CFD名人堂”|Brian Spalding)的學(xué)生Patankar的SIMPLE算法依然是21世紀(jì)CFD求解器重要的求解算法。
1980年代中期,CFD研究者的重心轉(zhuǎn)移到了考慮粘性的Navier-Stokes方程(NS方程提出者:Claude-Louis Navier)求解。
1985年,Issa的PISO算法問世,獨(dú)創(chuàng)非迭代壓力速度求解算法,依然是當(dāng)今瞬態(tài)問題的首選算法。
同時,各種湍流模型(十年經(jīng)驗之SST湍流模型(一)以及差值格式(CFD玩了這么多年,聽說過著名的“快”格式不?)層出不窮。
湍流模型中劍走偏鋒的當(dāng)然是LES以及DNS(幾張圖說明LES、RANS)。但是目前LES和DNS距離工程實踐操作還任重道遠(yuǎn)。
1980年代末期,得益于隱性格式(非穩(wěn)態(tài)離散中的“顯性”和“隱性“格式),真實的氣動力學(xué)模型可用于CFD計算,隨后使用CFD進(jìn)行組分混合、燃燒、火焰模擬逐漸成為研究熱點。
另外,1979年的FCT算法(CFD中的“通量修正”算法,隱姓埋名40年),已經(jīng)是各種高分辨率格式的雛形。
同時需要注意的是,1983年的Rhie-Chow插值格式的提出,同位網(wǎng)格全面的取代了錯位網(wǎng)格。
在現(xiàn)代,CFD已經(jīng)大量的用于汽車、飛機(jī)、醫(yī)學(xué)、能源、暖通行業(yè)的相關(guān)研究。
然而,CFD市場遠(yuǎn)沒有有限元市場巨大,正如下文所說:
“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"
造成這個原因或許是,CFD真的是太難了。
本節(jié)數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡(luò)
3. F與O的對決,以CFDer的名義
當(dāng)今CFD市場(如果國內(nèi)有成熟的CFD市場的話),Top2必然是商軟ANSYS Fluent以及開源免費(fèi)OpenFOAM。目前的Fluent已經(jīng)成為是ANSYS旗下的產(chǎn)品(“ANSYS,無處不在” | CAE巨頭50年)。
目前的OpenFOAM通常指的是OpenFOAM基金會發(fā)布的版本(“OpenFOAM”的前世今生)。
商軟Fluent與免費(fèi)OpenFOAM,到底應(yīng)該選擇哪個?
ANSYS自2004年起Google搜索熱度
OpenFOAM自2004年起Google搜索熱度
ANSYS熱度區(qū)域前5名:中國,韓國,印度,伊朗,臺灣
OpenFOAM熱度區(qū)域前5名:伊朗,德國,瑞典,日本,中國
數(shù)據(jù)來源于Google,CFD界對此不進(jìn)行評論,僅供娛樂。
ANSYS Fluent(以下簡稱Fluent)從屬于ANSYS。ANSYS的前身是SAS,SAS由Swanson創(chuàng)立,最初主要關(guān)注有限元算法。SAS成立之初就是以商軟的名義,以公司化運(yùn)營。
OpenFOAM前身是FOAM,是Henry Weller在帝國理工大學(xué),自己搗鼓出來的產(chǎn)物。隨后經(jīng)過Gosman(CFD名人堂 | A. D. Gosman)90年代若干博士的開發(fā),在2004年發(fā)布開源版本OpenFOAM。
負(fù)責(zé)Fluent算法開發(fā)和植入的人數(shù)官方并沒有透漏。不過ANSYS在世界各地具有大量的代理商進(jìn)行銷售。
OpenFOAM負(fù)責(zé)開發(fā)的人員,遠(yuǎn)比你們想象的要少,且OpenFOAM無人負(fù)責(zé)推廣。
ANSYS隨后一直進(jìn)行著大量的并購,整合CAE領(lǐng)域的分析軟件,ANSYS的目標(biāo)是滲入CAE的所有領(lǐng)域。
OpenFOAM至今,主要開發(fā)人員依然是Henry Weller,并且運(yùn)營方是Henry Weller領(lǐng)導(dǎo)的OpenFOAM基金會。
這也就意味著,ANSYS未來的導(dǎo)向,需要公司內(nèi)部會議來決定。
OpenFOAM的未來走向,Henry Weller個人占據(jù)絕對的主控權(quán)。
Fluent和OpenFOAM的相同點是:專注CFD。
Fluent運(yùn)營自主性:★★
OpenFOAM運(yùn)營自主性:★★★★★
Fluent和OpenFOAM的用戶友好性對決實際上是鍵盤和鼠標(biāo)的對決。
Fluent對用戶極為友好,尤其是對于使用windows操作系統(tǒng)的用戶。用戶需要做的就是點擊、點擊、再點擊。對于正版用戶,還會獲得官方必要的支持。
OpenFOAM對用戶是極為不友好的,因為OpenFOAM需要在Linux下運(yùn)行。這也就意味著所有的OpenFOAM前處理、后處理等都是在文本編輯器(windows下的記事本)下進(jìn)行。并且OpenFOAM在2016年之前官方只負(fù)責(zé)維護(hù)Linux版本,雖然在近期,OpenFOAM官方表示OpenFOAM支持所有的操作系統(tǒng),不過CFD界對此持謹(jǐn)慎態(tài)度。
Fluent對于那些習(xí)慣點擊點擊點擊的用戶,是天堂。
OpenFOAM對于習(xí)慣點擊點擊的用戶,是地獄倒是談不上,只不過很繁瑣。
對于大量的國外的極客們,真的有人是討厭鼠標(biāo)的。Henry Weller也曾直接表示:
“Windows sucks!”
"Windows完犢子了!"
OpenFOAM對那些不用鼠標(biāo)的Geek,是天堂。
Fluent對于那些不用鼠標(biāo)的Geek,真的是地獄。
在這里又牽涉到另一個紛爭,你喜歡用附帶圖形界面的編輯器?還是用hjgk進(jìn)行文本編輯?你喜歡用鼠標(biāo)么?你每天進(jìn)行寫代碼的時間是多少?
不過不管怎么樣的紛爭,業(yè)內(nèi)普遍的看法是,ANSYS Fluent對用戶的友好性大大高于OpenFOAM。
Fluent用戶友好度:★★★★★
OpenFOAM用戶友好度:★
學(xué)習(xí)Fluent,下載個windows版本,然后跟著上千頁自帶的教程做就可以了。
學(xué)習(xí)OpenFOAM,你首先要熟悉Linux系統(tǒng),以及習(xí)慣Linux的操作方式。這意味著,你可能還要學(xué)習(xí)如何使用Linux。
Fluent書籍資料多如牛毛;
OpenFOAM學(xué)習(xí)資料屈指可數(shù);
Fluent官方的資料對各種工況的模擬都提供了設(shè)置方法;
OpenFOAM官方資料只進(jìn)行了2個算例的設(shè)置方法;這也就意味著,如果你要進(jìn)行其他的算例模擬,你就需要自己研究了。
CFD界和若干朋友溝通,OpenFOAM的學(xué)習(xí)過程,嚴(yán)重慢與ANSYS Fluent,對于新手來說,通過一星期進(jìn)行OpenFOAM的安裝,一個月學(xué)會層流模擬這種情況并不少見。
Fluent上手速度:★★★★★
OpenFOAM上手速度:★★
Fluent代碼不對外公開,用戶只能進(jìn)行選擇,你并不知道怎么樣使用最小二乘法去求梯度;
OpenFOAM開源,用戶可以從代碼中非常明確地了解到如何進(jìn)行離散,如何求解方程組;
Fluent為閉源的商軟,提供少量的接口供用戶調(diào)用,用戶可以通過自定義函數(shù)來進(jìn)行外掛CFD程序。
OpenFOAM本身為開源軟件,用戶只要了解C++語言,可以隨意的修改OpenFOAM。
Fluent代碼靈活性:★
OpenFOAM代碼靈活性:★★★★★
Fluent目前在國內(nèi)外已經(jīng)大量的被應(yīng)用于工程實踐。
OpenFOAM目前在國外的工程項目中也正在逐漸成長,但規(guī)模并沒有Fluent大。
且Fluent和OpenFOAM都可以進(jìn)行上億網(wǎng)格的大規(guī)模工程計算。
隨之未來的是OpenFOAM一些特別的工業(yè)應(yīng)用:
對于某些企業(yè)需要的自動化運(yùn)行。OpenFOAM可以通過腳本的方式,完全的做到絕對的自動化模擬以及遠(yuǎn)程操作。Fluent受限極大。
對于正在逐步開始的云計算,OpenFOAM可以植入到任何的軟件以及平臺中。云計算企業(yè)只需要把用戶喜歡的點擊轉(zhuǎn)換成為后臺的命令。Fluent云計算目前在ANSYS公司還是一個比較新生的狀態(tài)。
各有優(yōu)勢,平分秋色。
Fluent工業(yè)應(yīng)用:★★★★
OpenFOAM工業(yè)應(yīng)用:★★★★
因為目前普遍認(rèn)為Fluent比較經(jīng)得起折騰,OpenFOAM有時候比較嬌氣。這直接導(dǎo)致學(xué)習(xí)這倆種軟佳的結(jié)果不同。
使用Fluent,大可不管ke模型還是kOmega模型,通通算起來,并且可能還全部收斂了。
使用OpenFOAM,從ke換到kOmega,首先參數(shù)就改變了,并且可能并沒有收斂。
很明顯了,用戶使用OpenFOAM,需要對CFD有比較明確的了解才能游刃有余決勝千里。
如果和實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,沒人敢說Fluent算得比OpenFOAM完美,也沒人斷定OpenFOAM更準(zhǔn)確。
學(xué)習(xí)Fluent邊際效應(yīng):★★★
學(xué)習(xí)OpenFOAM邊際效應(yīng):★★★★★+★★
本文由趙一銘供稿,CFD界整理潤色,除第2節(jié)外本文為CFD界的主觀看法,僅為拋磚引玉,望百家齊放,百家爭鳴。
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