对CFD软件的10个争议（上）( 四 ) 原力蒋光南工业软件行业观察

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图4直接使用原生CAD几何模型进行CFD模拟
过去，在利用各种数值仿真分析时，都必须将待分析的特定CAD模型复制并转换为仿真分析软件所能接受的模型，如中性的模型STEP、STL、IGES模型，然后对其进行实质性修改以创建对应计算分析的离散模型，这在传统的有限元仿真分析中是众所周知的一个处理过程。随着仿真计算的方法和技术发展和改进，一些模型处理过程中复杂和繁琐工作内容通过软件自动控制功能从手工操作转移到由软件完成，从而节省了大量的人工成本。这一现象在固体力学（结构）分析中比较常见，而一直以来困扰人们的是电磁和流体领域，其主要原因是可用于把CAD模型转换为相应仿真分析的软件或工具都需要大量的手动操作。一般地，无论哪种分析方法，从CAD模型平移到如CFD仿真分析过程中能够适用自动转换而不影响仿真分析结果的情况约有80％，且主要集中在结构相对简单的几何模型中，其余包括复杂装配、复杂曲面在内的模型都必须通过手工重新创建或简化。其实，在实践中许多分析工程师宁可花费大量时间在CFD软件中从头开始创建几何而不是对原始模型进行处理，仅是希望能够在几何重建过程中，能够更好的控制几何质量以满足CFD分析的需要。
“新一代CFD软件包含复杂的自动控制功能，可确保几乎转换都可自动完成，而无需进行手动干预。 ”
现在新一代CFD软件提供功能可以直接将CAD模型用于流体分析，而无需模型转换或简化。这一进步是由基于模型的系统工程和基于仿真驱动的设计这样新的设计概念所驱动的，这一点体现在设计过程中由Top-down设计模式所牵引，即在设计迭代中包含对性能仿真，如CFD分析所需的概念设计和产出物，而不是仅仅把CAD工具作为详细设计或机械制图工具，直接进入到产品的详细设计阶段。所以基于仿真驱动的设计更改均可在工程师相对熟悉的实体建模功能上进行CAD建模（实际此模型是为CFD分析创建，是CAD设计的中间产物），也无需在几何特征中创建虚构的“对象”来表示流体空间。流体计算条件可以直接在CAD模型上定义，并与特征树中的其他设计数据一样地进行组织管理。这样，原始CAD模型可以不经修改就用于CFD分析。
六
争议5：大多数产品设计不需要CFD分析
在过去很长时间里，对计算流体力学专业的使用，主要集中在诸如汽车，航空航天和能源电力等少数行业中，这些行业的共同特点是能够产生高附加值的产品，而且在这些产品中，流体流动对产品性能有着明显的重大影响。这让许多人相信使用CFD产生的成本在这些高价值产品上才能承受，并能为这些产品产生增值作用。实际上，流体流动的影响广泛存在在很多产品中，对它们的性能都有很大影响，而通过CFD分析可以显著改善产品设计并提高性能。
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图5 Bromley技术公司用CFD模拟雪橇滑行，用于优化雪橇设计
广泛的来看，与流体或气体相互作用的各种产品以及涉及流体或气体的各种生产过程都存在着潜在地需要CFD进行仿真分析的问题。这就解释了为什么今天CFD软件广泛用于改进各种产品，诸如游泳池、厕所污水处理、草坪喷洒器这样的常见民用产品、或者燃气表、生产打印系统、磁盘驱动器和滤油器等等可谓五花八门的产品设计过程中。