选择合适的 Fluent 前处理工具

本文摘要（由AI生成）：

本文主要讨论了如何选择适合自己、适合仿真的Fluent前处理工具。文章首先介绍了Fluent前处理工具的种类繁多，并指出本文的目的是提供一些信息，引发大家的思考。接着，文章限定了使用Fluent的场景，并针对不同的场景给出了相应的建议。最后，文章总结了选择Fluent前处理工具的思路，并给出了一张图片。

随着商业软件的不断发展，Fluent 仿真的前处理工具也越来越多。同时，大多数软件都在不断的更新功能，使我们的工作越来越方便、快捷、精准。当然，面对着种类繁多的前处理工具，如何选择适合自己、适合仿真的软件，反而成为了一件“幸福的烦心事”。本文就尝试从一个最为普适 Fluent 仿真的角度，介绍一下选择前处理工具的通用思路。

图1 令人眼花缭乱的Fluent前处理工具

本文的目的并不是要否定别人的观点、也并不希望一定能够说服大家，而仅仅是从某些特定的角度，提供一些信息，希望能够引发大家的思考。

场景的限定：对于大多数的工程师而言，不同的案例对于网格的要求通常是有区别的。因此在选择网格类型、选择前处理工具之前，必须要限定我们使用Fluent的场景，这样才能更有说服力。

画外音：关于网格类型的选择，由于篇幅所限就不做介绍了，详情可以参见仿真秀中崔老师的文章《ANSYS Fluent 网格划分二三事》。

场景一：工程师需要处理相对紧急的仿真工作

在这样一种状态下，仿真工具的选择只有一个要求，那就是熟练。任何的仿真工作仍旧属于工程的范畴，需要考虑工作效率的优先级。因此，在此类场景下必须使用自己熟悉的软件（即使是Gambit这一类处于鄙视链末端的软件），而不需要考虑软件的其他特性，我们的目标就是按照最快的速度完成仿真工作。

图2 不管怎样，Gambit仍旧可以有效生成 Fluent 需要的体网格

场景二：相对较为缓和的仿真要求或研究性、探索性仿真分析

在这样一种情况下，可选的前处理工具就比较多了。在这里我们还是建议使用 ANSYS 公司的软件（如 SCDM、Fluent Meshing 等），原因有三：

① Fluent 目前是 ANSYS 旗下的求解器，选用自家的软件可以有效避免很多软件间数据交互的问题。

② ANSYS 目前在流体仿真中具备功能完备的前处理软件群，可以有效适应各种不同的仿真需求。

③ 随着客户对仿真要求的不断提升，ANSYS 一直在探索一体化的流体仿真流程，从而实现更为高效快捷的工作状态。因此，掌握 ANSYS 前处理技术将在不久的将来成为 Fluent 工程师的必修课。

虽然明确了选择 ANSYS 前处理软件的思路，但“幸福的烦恼”仍旧存在，因为目前 ANSYS 的前处理工具还是比较多的，如何选择仍旧需要继续讨论。为了缩减选择的范围，下文的场景主要基于 ANSYS 软件展开。

图3 “幸福的烦恼”  ANSYS 流体仿真前处理家族合影

场景三：需要处理产品的几何模型

这一块的内容选择起来相对较为容易，主要按照以下的流程即可。

图4 几何选择流程图

简单的讲就是：专用的叶片设计用Blade Modeler，强参数化需求的问题使用 DM、其余绝大部分通用问题，都选择 SCDM ！

自从2015年 SCDM 被 ANSYS 收购到今天，大家可以明显的发现 SCDM 已经逐渐取代了 DM 成为使用最为广泛的几何处理工具。而且 SCDM 的无约束、无特征建模思路也被证明是最适合流体仿真前处理的方法。

当然，ANSYS 对于 SCDM 的“爱”还不止于此。包括 Discovery Live /AIM 在内的新仿真工具，目前都是基于 SCDM 软件开发的；同时，2019之后的版本还可能新增一体化网格划分功能，即将 ICEM CFD 的六面体技术与 SCDM 融合起来。这些都体现出 ANSYS 对于这个软件的重视。因此，在几何处理的环节选择被ANSYS着重投入精力的 SCDM 软件是毫无争议可言的。

图5 基于 SCDM 开发的实时仿真工具 Discovery Live

图6 SCDM 在2019版本的 beta 功能：基于 block 的网格划分

几何处理完毕以后，就进入到了网格环节。主要还剩下以下几个场景需要判断和选择。

场景四：需要使用六面体（Hex/Quad）网格

常用的工业品流体仿真，大多数并不需要使用六面体网格。因为产品的几何形状通常相对复杂，划分六面体网格需要的时间过长，会降低整体的工程效率。因此，选择使用六面体（Hex/Quad）网格的场景通常有以下几个方面：

① 当几何简单（或二维）的时候；

② 当关键区域的流动方向与网格方向完全一致的时候，此时可以有效降低数值误差，提升收敛效率；

③ 当领导/专家有特殊要求的时候；

④ 当你喜欢划分六面体网格，而且相关经验丰富，时间充足，视力感觉良好的时候。

图7 旋转叶片和散热翅片，是为数不多的网格方向与流场一致的工业品，使用六面体将极大的提升仿真精度

图8 对于航空航天行业的外流场问题，全六面体网格也是常见的选择

对于六面体需求的场景，只能推荐使用 ICEM CFD 来做。因为 Fluent Meshing 无法生成 Hex/Quad，Workbench Meshing 也无法有效应对复杂几何的全六面体。

画外音：除了纯六面体网格外，其他的场景则不建议使用 ICEM CFD。原因如下：

① 几何修复能力远不及 SCDM（包括建模效率、修复效率、操作界面等）

② 针对简单几何的自动网格划分，工作效率不及 Workbench Meshing （ICEM 过于复杂）

③ 针对复杂几何的自动网格划分，综合素质也不如 Fluent Meshing （如稳定性、工作效率等）

因此，最后需要讨论的，只剩下 Fluent Meshing 和 Workbench Meshing 了。

场景五：如果工程师是流体新手，仿真几何简单或者需要做仿真模板时

以上三种情况是必须要选择 Workbench Meshing 的。对于简单的网格划分问题（包括二维），Workbench Meshing 易于上手且简单高效，符合仿真效率优先的要求；对于仿真模板的参数化的问题，Fluent Meshing 目前还不能和 Workbench 联动，因此只能选择 Workbench Meshing。

图9  Workbench Meshing 是极为友好的新手入门软件，几乎可以一键划分网格

画外音：2019之前版本的参数化功能和 ICEM CFD 的六面体网格兼容性也不太好。

场景六：不属于场景五的其他情况

这个时候 Workbench Meshing 就已经不存在统治级别的优先了。所以，通常我们要看工程师对 Fluent Meshing 的熟悉程度。如果熟悉，那么 Fluent Meshing 一定是首选；不熟悉的话，就只能转战 Workbench Meshing 了。当然，我们还是建议各位工程师利用课余时间学习 Fluent Meshing，因为 Workbench Meshing 还是有很多限制的。

图10 Fluent Meshing 目前已经成为 ANSYS 主推的流体前处理工具，针对之前被人诟病最多的易用性问题，进行了大幅度的改善

场景七：需要一些高级的网格操作

网格的高级操作主要包括以下几个方面：

★  分步网格划分

★  网格拼接

★  网格质量自动提升

★  体网格的生成与阵列

★  周期性网格生成

★  混合网格生成

★  ……

对于这些高级的网格处理功能，原则上 Fluent Meshing 和 ICEM CFD 都能够完成，反而 Workbench Meshing 就忘尘莫及了。

最后总结成一张图片：

图11 如何为我们的Fluent算例选择合适的ANSYS前处理工具

作者：张杨 流体高级工程师 仿真秀专栏作者

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