1.4 常用的商業CFD軟件

下面介紹近30年來，出現的較為著名的商業CFD軟件，包括Phoenics、CFX、STAR-CD和FLUENT等。

1.4.1 Phoenics軟件

Phoenics是英國CHAM公司開發的模擬傳熱、流動、反應、燃燒過程的通用CFD軟件，有30多年的歷史。網格系統包括直角、圓柱、曲面（包括非正交和運動網格，但在其VR環境不可以）、多重網格、精密網格。

它可以對三維穩態或非穩態的可壓縮流或不可壓縮流進行模擬，包括非牛頓流、多孔介質中的流動，并且可以考慮黏度、密度、溫度變化的影響。

在流體模型上面，Phoenics內置了22種適合于各種Re數場合的湍流模型，包括雷諾應力模型、多流體湍流模型和通量模型及k-e模型的各種變異，共計21個湍流模型、8個多相流模型和十多個差分格式。

Phoenics的VR（虛擬現實）彩色圖形界面菜單系統是CFD軟件中前處理最方便的一個，可以直接讀入Pro/Engineer建立的模型（需轉換成STL格式），使復雜幾何體的生成更為方便，在邊界條件的定義方面也極為簡單，并且網格自動生成。但其缺點則是網格比較單一粗糙，不能細分復雜曲面或曲率小的地方的網格，即不能在VR環境里采用貼體網格。

Phoenics的VR后處理也不是很好。要進行更高級的分析則要采用命令格式進行，但這在易用性上比其他軟件就要差了。

另外，Phoenics自帶了1000多個例題與驗證題，附有完整的可讀可改的輸入文件。其中就有CHAM公司做的一個PDC鉆頭的流場分析。Phoenics的開放性很好，提供對軟件現有模型進行修改、增加新模型的功能和接口，可以用FORTRAN語言進行二次開發。

1.4.2 STAR-CD軟件

STAR-CD的創始人之一Gosman與Phoenics的創始人Spalding都是英國倫敦大學同一教研室的教授。STAR是Simulation of Turbulent flow in Arbitrary Region的縮寫，CD是Computational Dynamics Ltd的縮寫。

STAR-CD是基于有限容積法的通用流體計算軟件，在網格生成方面，采用非結構化網格，單元體可為六面體、四面體、三角形界面的棱柱、金字塔形的錐體以及6種形狀的多面體，還可與CAD、CAE軟件接口，如ANSYS、IDEAS、NASTRAN、PATRAN、ICEMCFD、GRIDGEN等，這是STAR-CD在適應復雜區域方面的特別優勢。

STAR-CD能處理移動網格，用于多級透平的計算，在差分格式方面，納入了一階迎風、二階迎風、CDS、QUICK以及一階迎風與CDS或QUICK的混合格式。

在壓力耦合方面采用SIMPLE、PISO以及稱為SIMPLO的算法。

在湍流模型方面，有k-e、RNK-ke、ke兩層等模型，可計算穩態、非穩態、牛頓流體、非牛頓流體、多孔介質、亞音速、超音速和多項流等問題。STAR-CD的強項在于汽車工業、汽車發動機內的流動和傳熱。

1.4.3 ANSYS CFX軟件

ANSYS CFX系列軟件是擁有世界級先進算法的成熟商業流體計算軟件。功能強大的前處理器、求解器和后處理模塊使得ANSYS CFX系列軟件的應用范圍遍及航空、航天、船舶、能源、石油化工、機械制造、汽車、生物技術、水處理、火災安全、冶金、環保等眾多領域。

ANSYS CFX軟件系列包括CFX Solver、BladeModeler、TurboPre、TurboPost、TurboGrid等軟件，如圖1-15所示。

DeSignModeler基于ANSYS的公共CAE平臺—Workbench，提供了完全參數化的幾何生成、幾何修正、幾何簡化，以及概念模型的創建能力，它與Workbench支持的所有CAD軟件能夠直接雙向關聯。

CFX軟件提供了從網格到流體計算以及后處理的整體解決方案。核心模塊包括CFXMesh、CFXPre、CFXSolver和CFXPost 4個部分。其中CFXSolver是CFX軟件的求解器，是CFX軟件的內核，它的先進性和精確性主要體現在以下方面。

（1）不同于大多數CFD軟件，CFXSolver采用基于有限元的有限體積法，在保證有限體積法守恒特性的基礎上，吸收了有限元法的數值精確性。

（2）CFXSolver采用先進的全隱式耦合多網格線性求解，再加上自適應多網格技術，同等條件下比其他流體軟件快1～2個數量級。

（3）CFXSolver支持真實流體、燃燒、化學反應和多相流等復雜的物理模型，這使得CFX軟件在航空工業、化學及過程工業領域有著非常廣泛的應用。

ANSYS CFX特別為旋轉機械定制了完整的軟件體系，向用戶提供從設計到CFD分析的一體化解決方案，因此，ANSYS CFX被公認為是全球最好的旋轉機械工程CFD軟件，被旋轉機械領域80%以上的企業選作動力分析和設計工具，包括GE、Pratt & Whitney、Rolls-Royce、Westinghouse、ABB、Siemens等企業界巨頭。

ANSYS CFX包含的專用旋轉機械設計分析工具有BladeModeler、TurboGrid、TurboPre和TurboPost。

BladeModeler：是交互式渦輪機械葉片設計軟件，用戶通過修改元件庫參數或完全依靠BladeModeler中提供的工具設計各種旋轉和靜止葉片元件及新型葉片。軟件簡單實用，模塊豐富，具有自動化程度高和葉片幾何生成迅速的特點。

TurboGrid：是專業的渦輪葉柵通道網格劃分軟件，用戶只需提供葉片數目、葉片及輪轂和外罩的外形數據文件。自動化程度高，網格生成迅速，生成網格質量高是它的優點。

TurboPre：包含于CFXPre中，是專業的旋轉機械物理模型設置模塊，以旋轉機械的專業術語完成模型設置。

TurboPost：包含于CFXPost中，是專用的旋轉機械問題模擬結果后處理模塊，可以自動生成子午面等專業視圖，同時提供效率、壓比和扭矩等旋轉機械性能參數。

1.4.4 ANSYS FLUENT軟件

FLUENT自1983年問世以來，就一直是CFD軟件技術的領先者，被廣泛應用于航空航天、旋轉機械、航海、石油化工、汽車、能源、計算機/電子、材料、冶金、生物、醫藥等領域，這使FLUENT公司成為占有最大市場份額的CFD軟件供應商。作為通用的CFD軟件，FLUENT可用于模擬從不可壓縮到高度可壓縮范圍內的復雜流動。

其代表性客戶包括美國國家航空航天局（NASA）、美國國防部（DOD）、美國能源部（DOE）等政府部門以及BMW-RR、波音、福特、GE、三菱等企業。

關于ANSYS FLUENT軟件的相關介紹及詳細應用，請查閱后面章節。