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2023-02-27
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CFD 软件简介
作者：酥梨 源于：CAE 学术论坛
CFD，主要用于解决工程中的流体和传热问题，目前比较好的 CFD 软件有：Fluent、CFX、Phoenics、
Star-CD，除了 Fluent 是美国公司软件外，其它三个都是英国公司的产品。
FLUENT
FLUENT 是目前国际上比较流行的商用 CFD 软件包，在美国的市场占有率为 60%。举凡跟流体，热
传递及化学反应等有关的工业均可使用。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功
能，在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。其在石油天然气工业上
的应用包括：燃烧、井下分析、喷射控制、环境分析、油气消散/聚积、多相流、管道流动等等。Fluent 的
软件设计基于 CFD 软件群的思想，从用户需求角度出发，针对各种复杂流动的物理现象，FLUENT 软件采
用不同的离散格式和数值方法，以期在特定的领域内使计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳组合，从
而高效率地解决各个领域的复杂流动计算问题。基于上述思想，Fluent 开发了适用于各个领域的流动模拟
软件，这些软件能够模拟流体流动、传热传质、化学反应和其它复杂的物理现象，软件之间采用了统一的
网格生成技术及共同的图形界面，而各软件之间的区别仅在于应用的工业背景不同，因此大大方便了用户。
其各软件模块包括： GAMBIT——专用的 CFD 前置处理器，FLUENT 系列产品皆采用 FLUENT 公
司自行研发的 Gambit 前处理软件来建立几何形状及生成网格，是一具有超强组合建构模型能力之前处理
器，然后由 Fluent 进行求解。也可以用 ICEM CFD 进行前处理，由 TecPlot 进行后处理。
Fluent5.4—基于非结构化网格的通用 CFD 求解器，针对非结构性网格模型设计，是用有限元法求解不可
压缩流及中度可压缩流流场问题的 CFD 软件。可应用的范围有紊流、热传、化学反应、混合、旋转流（rotating
flow）及震波（shocks）等。在涡轮机及推进系统分析都有相当优秀的结果，并且对模型的快速建立及 shocks
处的格点调适都有相当好的效果。
Fidap—基于有限元方法的通用 CFD 求解器，为一专门解决科学及工程上有关流体力学传质及传热等
问题的分析软件，是全球第一套使用有限元法于 CFD 领域的软件，其应用的范围有一般流体的流场、自由
表面的问题、紊流、非牛顿流流场、热传、化学反应等等。 FIDAP 本身含有完整的前后处理系统及流场数
值分析系统。 对问题整个研究的程序，数据输入与输出的协调及应用均极有效率。
Polyflow——针对粘弹性流动的专用 CFD 求解器，用有限元法仿真聚合物加工的 CFD 软件，主要应
用于塑料射出成形机，挤型机和吹瓶机的模具设计。
Mixsim——针对搅拌混合问题的专用 CFD 软件，是一个专业化的前处理器，可建立搅拌槽及混合槽
的几何模型，不需要一般计算流力软件的冗长学习过程。它的图形人机接口和组件数据库，让工程师直接
设定或挑选搅拌槽大小、底部形状、折流板之配置，叶轮的型式等等。MixSim 随即自动产生 3 维网络，并
启动 FLUENT 做后续的模拟分析。
Icepak——专用的热控分析 CFD 软件，专门仿真电子电机系统内部气流，温度分布的 CFD 分析软件，
特别是针对系统的散热问题作仿真分析，藉由模块化的设计快速建立模型。
CFX
CFX 是由英国 AEA 公司开发，是一种实用流体工程分析工具，用于模拟流体流动、传热、多相流、
化学反应、燃烧问题。其优势在于处理流动物理现象简单而几何形状复杂的问题。适用于直角/柱面/旋转坐
标系，稳态/非稳态流动，瞬态/滑移网格，不可压缩/弱可压缩/可压缩流体，浮力流，多相流，非牛顿流体，
化学反应，燃烧，NOx 生成，辐射，多孔介质及混合传热过程。
CFX 采用有限元法，自动时间步长控制，SIMPLE 算法，代数多网格、ICCG、Line、Stone 和 Block Stone
解法。能有效、精确地表达复杂几何形状，任意连接模块即可构造所需的几何图形。在每一个模块内，网
格的生成可以确保迅速、可靠地进行，这种多块式网格允许扩展和变形，例如计算气缸中活塞的运动和自
由表面的运动。 滑动网格功能允许网格的各部分可以相对滑动或旋转，这种功能可以用于计算牙轮钻头与
井壁间流体的相互作用。CFX 引进了各种公认的湍流模型。例如：k-e 模型，低雷诺数 k-e 模型，RNG k-e
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