前言

在全面走向數字化研發與設計實踐的今天，PLM（產品生命周期管理）理念已被眾多主流制造業企業接受，廣泛用作設計變更過程中持續使用和維護3D產品數據的方式。PLM理念的基礎是作為機械CAD系統核心載體的高質量、完整、詳細和精確的3D產品模型數據的可用性，3D產品模型數據因此成為所有虛擬原型和物理仿真的基礎和起點。在這樣的CAD環境中，嵌入并使用基于CFD（計算流體動力學）的流體仿真顯然具有非常大的吸引力，因為在設計復雜度和對外部開發合作伙伴的依賴性不斷增強的背景下，它不僅可以加快設計流程，還可以使這些流程更加可預測和可靠。此外，從在設計中引入CFD的角度以及正常的PLM路線圖要求來看，將CFD充分嵌入到CAD中的需求也變得越來越迫切。因此，自20世紀90年代末開始，市場上首個在3D CAD（SOLIDWORKS）中完全嵌入CFD產品的FloWorks，被作為SOLID-WORKS的插件開發出來，現在已命名為SOLIDWORKS Flow Simulation。

同時，我們觀察到在大力推進數字化技術的大背景下，沒有CAE（計算機輔助工程）軟件的幫助，已經不太容易設計并生產出具備足夠競爭力（同時具備高性價比和高質量）的產品。特別是近年來，我們發現CFD在CAE中的地位不斷提升。將CAE系統尤其是CFD直接嵌入到產品設計流程中可以獲得最大效率，另外其還可以被機械設計工程師直接應用，尤其是在設計早期階段提前使用或并行使用。這樣的思路和流程最初用于航空、航天、汽車、電子等高科技行業，現在已經覆蓋了所有工程領域。

直接在CAD環境中嵌入CFD仿真的SOLIDWORKS Flow Simulation代表著CFD分析軟件的一種新的表現形式，同時也是一種新的技術趨勢。最初它作為PLM理念的一個組成部分，供機械工程師在設計流程中使用，現在已被業界廣大的仿真專家所接受，并成為CAE軟件行業一個新的發展方向。

SOLIDWORKS Flow Simulation的基本開發理念是自動準備、執行和可視化針對真實應用工程問題的CFD計算。為實現此效果，SOLIDWORKS Flow Simulation具有一些特定功能，包括完全集成在SOLIDWORKS 3D CAD系統中、完全自動生成網格、求解控制參數的自動設定、用戶友好的前處理和后處理、能夠執行參數化算例并對比不同設計變型的分析結果等。軟件不需要調整與算法相關的任何數值參數，也不需要從多種物理模型或數值方案中選擇一種。非常重要的初始數據（邊界和初始條件）的指定、計算執行和結果解讀（包括可視化和報告生成）都可以在SOLIDWORKS中進行，結果直接顯示在CAD模型上或模型周圍空間中。計算結果既能以MS Office格式導出，也可以直接被SOLIDWORKS的其他結構分析模塊所引用。

與市面上其他完全獨立開發的傳統CFD軟件相比，SOLIDWORKS Flow Simulation采用了完全不同的方法并具備更多的技術內涵。它優化并使用了眾多的工程實踐和方法，可科學地吸納并融入這些工程實踐和方法的結果。SOLIDWORKS Flow Simulation一直以來就推崇并采用“雙V”（驗證和確認）認證體系，并使用了大量的解析解和基準解以及出版物和數據庫中的試驗結果，從而提高并確保軟件的可靠性、健壯性和準確性，最終幫助用戶以較低的計算成本和時間成本獲取非常可靠的預測。SOLIDWORKS Flow Simulation的開發目的是提倡設計仿真一體化和協同與并行設計，為設計工程師提供非常易于掌控的但又功能強大的流體仿真工具，解決其工業產品設計和流程優化中遇到的棘手問題，從而提升設計效率和產品質量。

考慮到非流體力學背景的工程技術人員缺少與計算流體動力學相關的基礎知識，本書從流體力學與CFD基礎簡介開始，通過多個非常真實而典型的實際工程案例，介紹了真實場景下流體和CFD仿真面臨的挑戰和可能需要解決的關鍵設計問題，進而介紹了如何借助SOLID-WORKS Flow Simulation的簡易操作來解決問題并得到可信的分析結果，為優化設計提供指導。因此，本書既可幫助工程師擴展自己在流體與CFD仿真方面的知識體系，也可以作為針對特定行業產品/系統在工程實踐過程中進行CFD仿真的參考和指南。

在寫作過程中，安徽斯維爾信息科技有限公司的陳軍提供了部分插圖，獨立仿真專家孫建國老師提出了非常有價值的修改意見，在此一并表示感謝！

由于作者學識有限加之編寫時間匆忙，書中難免會有疏漏或錯誤之處，望廣大讀者批評指正。

作者