我自学CFD遇到的所有痛点，被XFLOW无网打尽

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作者优秀: 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家/独家讲师
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6月前浏览12014

本文摘要（由AI生成）：

XFlow是一款计算流体动力学软件，采用基于粒子的动力学方法，具有现代化的大涡模拟（LES）建模能力。XFlow的语法结构简单，支持SI国际标准单位制，算数运算符和逻辑运算符，数学标量函数和判断语句。XFlow支持静压、速度幅值、涡量、表面摩擦系数、湍流强度、总压、温度、有效粘度、表面法线方向余弦的x、y、z分量等变量。XFlow可以和Nastran/Abaqus简单结合实现双向的流固耦合仿真。

不论你是CFD小白，还是CFD大拿，你应该都知道Nastran,Abaqus,Fluent, CFX, 更深入一点的你可能知道Star CCM , 更专业一点的你可能知道Moldflow, Procast，甚至你可能知道更少用的ShonDy, Nanofluid, Realflow,可是你知道XFlow吗？

XFlow其实也是一款计算流体动力学软件，只不过和大名鼎鼎的Fluent等传统流体计算软件相比，XFlow进入中国较晚，它采用了一种完全不同的求解方法，以一种全新的、基于粒子的动力学方法为基础，对波尔兹曼方程和可压缩的纳维－斯托克斯方程进行求解，具有现代化的大涡模拟（LES）建模能力。

没错，这篇文章的目的就是向你推荐学习一下XFlow，说几点原因。

1、学习CAE/CFD很艰难，很痛苦，不光有复杂的软件操作，更有艰深晦涩的基础理论。尤其是划分网格的过程，让无数分析爱好者倒在了入门处。流体网格比结构网格更难于控制网格质量，所以对流体分析的初学者来说，流体网格是一座大山，需要很长的时间才能艰难地跨越，更不要提什么UDF，什么状态方程，什么脚本文件了，这些都是更高的大山。

对于初学者，了解过多很可能无益。对于长期从事分析的专业人员来说，网格划分是基础，几何修复和网格质量修复是基础中的基础，不可跨越这个前处理阶段。但是对于初学者，对于非从事专业仿真分析人员，有必要掌握这么艰深的知识和操作吗？我们觉得没有必要。是否有分析软件可以让初学者和非从业人员跨过网格划分的门槛直接进行流体分析？

有，XFlow就是，而且分析是专业的。

2、专业从事流体分析的人员，很大一部分时间用在划分网格上，天天划网格划得头晕脑胀，甚至网格划分了一天遇到电脑死机忘记保存，或者网格质量调整了一天自己没崩程序先崩了，低质量的几何输入让人无所适从，诸如此类吧，作为专业仿真分析人员，是不是很熟悉这种画面。。。。。。

那么有没有一种软件可以另辟蹊径抛弃网格，方便地解决专业人员的这种网格烦恼？

有，XFlow就是，而且是彻底地，一劳永逸地。

3、无论是初学者，还是具有多年经验的专业分析人员，对分析模型进行简化、抽取重要特征进行建模分析，都是最基本的能力。经过一段时间的学习和实践，都可以达到对简单模型进行简化建模的水平。

可现实世界太复杂了，应用简单模型分析现实结构往往无法应付和达到理想的结果，甚至有些复杂的情况用传统的网格和流体分析软件根本无法解决，即使耗费心力建模了几千万的网格，又放在超级计算机上去跑，也需要很久才能得到结果，计算成本太高而让一般人员和单位无法接受。

也有一些情况，根本无法判定哪些结构可以忽略，哪些结构必须考虑和抽取出来。那么有没有一种软件可以不用考虑这些复杂的结构细节，可以一股脑地全部导入软件进行详细地计算分析？

有，XFlow就是，而且结构的复杂性根本不是问题。

4、作为具有多年专业分析经验的你，可能多次遇到过另外一种烦恼，就是费力划分好了网格之后，对传统的有限体积网格进行计算时，不管怎么增加CPU数量，增加内存，甚至换成固态硬盘都无法有效提高计算的速度，计算达到了瓶颈，只能慢慢等待结果像蜗牛一样爬行着前进，甚至在计算完成一半时网格出现了负体积，这种情况更让人恼火。

这是因为传统的CFD软件内核只有有限的并行处理能力，没有优化过的求解器并行能力会更弱一些。那么有没有一种软件可以充分调动各种硬件资源的能力并实现理想中的无限并行计算？

有，XFlow就是，而且它的可扩展能力接近线性，对于多核心技术可以实现完全的并行处理。

以上几个痛点或许你部分地或全部都遇到了，那么来学XFlow吧，给你理想地解决掉这些烦恼，还你的分析一片清爽。

举几个案例和文章，再给你一些学习XFlow的信心。

5、XFlow可以方便地仿真齿轮箱润滑，让你的前处理从5个小时减少为半个小时，让传统的至少10~30天分析时间减少为1~3天的时间。

6、XFlow可以方便地分析各种复杂外形的外部流场，自适应格子加密功能让你可以人为地控制求解精度。

7、XFlow的语法结构非常简单，可以加速你的仿真分析和研究。为什么这么说呢?

首先说一下单位制。XFlow使用SI国际标准单位制，如下图所示，其中有两项需要注意：角度使用的单位是degrees度，而角速度使用的单位是弧度每秒rad-s^-1。

其次、再说一下XFlow支持的算数运算符和逻辑运算符。

XFlow支持的算数运算符包括加、减、乘、除、乘方，各自的符号分别表示为：( )(-)(*)(/)(^)。XFlow支持的关系运算符包括两种，分别是大于、小于，两者的符号分别表示为：>和<。XFlow支持的逻辑运算符包括两种，分别是和、或，两者的符号分别表示为：AND OR或者写成：()() ##两括弧中间无空格

再次，说一下XFlow支持的函数。其支持的数学标量函数如下图所示，最常用的是三角函数、平方根函数和指数对数函数。其中需要注意的是：三角函数的单位均是rad弧度而非degrees度，这一点在新手使用时经常会犯错，需要特别留心。

最后、说一下XFlow支持的判断语句。XFlow目前只支持一种判断语句if，它的具体使用格式例子如下图所示。支持多个()同时使用。

以上就是XFlow支持的单位制、运算符、标量函数和判断语句，接下来我们认识一下XFlow支持的变量名。

一般来所呢，只要在XFlow里是用方括弧[ ]来定义的变量域，都可以定义成物理变量的函数。

① XFlow软件中支持的全局系统变量包括：

t 时间

x 空间点的x坐标
y 空间点的y坐标
z 空间点的z坐标
pi 圆周率Pi

vx(x,y,z) 空间坐标(x,y,z)点的x轴速度分量
vy(x,y,z) 空间坐标(x,y,z)点的y轴速度分量
vz(x,y,z) 空间坐标(x,y,z)点的z轴速度分量
vmod(x,y,z) 空间坐标(x,y,z)点的速度幅值
sp(x,y,z) 空间坐标(x,y,z)点的静压值
u(x,y,z) 空间坐标(x,y,z)点的温度值

当然，空间点的坐标值本身，也可以表示成其他物理量的函数，比如可以定义vx(sin(t),0,0)。

② 在后处理中，用户可以调用的变量包括：

sp 静压
rho 参考密度
vmod    速度幅值
vrt    涡量
cf    表面摩擦系数
ti    湍流强度
tp 总压
u    温度
viscosity    有效粘度
nx 表面法线方向余弦的x分量
ny 表面法线方向余弦的y分量
nz 表面法线方向余弦的z分量

注：rho代表参考密度，定义方式是Project Tree > Materials > Fluid > Density，是一个常数，在两相流分析中，指的是第一相流体的密度。

③ 在刚体动力学分析中，用户可以调用以下刚体变量：

px, py, pz           刚体参考点的x, y, z坐标分量
vx, vy, vz            刚体参考点的x, y, z方向的速度分量
ax, ay, az    刚体参考点的x, y, z方向的加速度分量
eux, euy, euz 刚体的旋转欧拉角
wx, wy, wz 刚体的旋转角速度

④ 在非等热模型和非牛顿流体分析中，用户可以调用的变量：

theta 温度

⑤ 在非牛顿流体分析中，用户可以调用的变量：

gamma 切变率

⑥ 在多相流中，用户可以调用的变量：

vof 液相体积分数

⑦ 在离散相模型DPM分析中，用户可以调用的流体相和离散相变量：

particle_x, particle_y, particle_z 离散相粒子的x, y, z坐标分量
particle_vx, particle_vy, particle_vz 离散相粒子的x, y, z速度分量

particle_t 离散相粒子的时间
particle_vN 离散相粒子与固定碰撞时的法向速度分量
particle_vT    离散相粒子与固定碰撞时的切向速度分量
particle_vNDrift       离散相粒子与固定碰撞时的Drift法向速度分量
particle_vTDrift        离散相粒子与固定碰撞时的Drift切向速度分量
particle_diam          离散相粒子的直径

fluid_x, fluid_y, fluid_z 流体相的x, y, z坐标分量
fluid_vx, fluid_vy, fluid_vz 流体相的x, y, z速度分量

fluid_sp 流体相的静压
fluid_vrt 流体相的涡量

⑧ 在功能模拟界面FMI standard分析中，用户可以调用输入变量：

fmu() FMU计算的输入变量

8、XFlow可以和Nastran/Abaqus简单结合实现双向的流固耦合仿真，软件结合设置简单易学。

前不久，我在仿真秀平台推出了XFlow从入门到进阶精彩教程，欢迎订阅。以下是部分学员的问题解答：

1、问：老师请问下，液泡上升运动仿真中最后的自定义变量(vof<0.5)(y/(pi*0.25^2)) 0.25和(vof<0.5)(vy/(pi*0.25^2))能具体解释一下吗？y和vy要除于面积是什么意思？

答：这个仿真中，形心的坐标可以近似于这个公式，而形心的计算会除以面积。

2、问： y与微元面积乘积的积分除于面积才是形心的y坐标呀？为什么是y直接除面积？？

答：因为这是原函数，是积分符号里面的原函数，integrals命令相当于在这个原函数的外面加了一个积分符号，方框里输入的只是积分符号里面的被积函数。

3、问：老师，License validation OK Exit code: [-1::0]，下面图里是啥问题？

答：这个问题原因可能有好几个方面，初始流域定义不对，边界没有设置对，单位不对，或者几何都有可能。

4、问：后处理结果这个地方的瞬态变量是指某一帧的数据吧，但是平均场变量在某一帧处也有值，想问下老师这个平均场变量为什么某一瞬时帧也有数据，这个平均场变量到底是哪段时间的平均量？？这个地方表示理解不了。

答：平均是从零到此时刻的这一段时间的平均，每一个时刻都对应有这个时刻的平均值。

5、问：老师您好，我想问个问题：要继续之前的计算是不是需要在计算之前勾选save resume file，下次开启软件的时候打开之前的XFP文件，再选择resume computation？

答：对，但你导入之前中断的计算文件以后，不用再设置了，因为之前的文件已经勾选了。试一下就知道了，比如计算100帧，你50帧的时候人为中断，然后用resume。

四、XFlow仿真分析进阶20讲

《XFlow仿真分析进阶20讲-掌握独立建立复杂系统无网格粒子法仿真分析能力》。为个人使用XFlow过程中积累的宝贵经验。希望对XFlow学习者和用户有所帮助！当前我已经更新18期，感兴趣的朋友可以关注和订阅，一起交流学习和进步本人提供资料模型和学习答疑，希望对学习型工程师有所帮助吧！

以下是课程大纲：

很早就做好了课表（见下图），另外我决定新增两个课程，分别是：

第19讲：Magnus效应仿真

第20讲：喷射器仿真

1、你将获得

① 学员可以掌握XFlow初级到高级的应用技巧等；

② 学习工业中的一些典型应用案例；

③ 解决学员在XFlow软件应用过程中遇到的难点和痛点；

④ 学习无网格法的一些特点，以及和Fluent等传统CFD方法的差别；

⑤ 购买系列课的付费用户，可以获得1套培训案例模型；

⑥ 订阅用户可加入讲师VIP群，持续交流。联系小助手直接获得模型和资料。

2、适合哪些人学习

① 学习型仿真工程师

② 理工科院校学生

③ 从事齿轮箱设计和仿真分析的工程师
④ 其他行业流体分析人员

3、课程定价

本系列课价值399元。

4、讲师介绍

Dr.H，具有汽车结构/电子/电机/控制器/减速器的项目分析经验，具有Hypermesh培训经验，擅长各种产品的温升分析，电机/控制器冷却水道仿真与优化，减速器润滑仿真分析和各种结构刚强度分析等。

作者：Dr.H，仿真秀专栏作者

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来源：仿真秀App

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首次发布时间：2022-08-11