常用的CFD计算流体力学软件及其特点

CFD软件是用于模拟流体运动和传热过程的工程软件。它们在工程、航空航天、汽车、船舶、能源等领域中得到广泛应用。这里我们介绍一下一些常用的CFD软件及其特点

ANSYS Fluent

ANSYS Fluent 是一款功能强大的商业CFD软件，具有广泛的应用领域。也是目前应用最多的商业CFD软件。它支持多种求解器和模型，可以模拟各种流体动力学问题，包括湍流流动、传热、化学反应等。该软件具有丰富的后处理功能，能够可视化流场数据并进行分析。

ANSYS Fluent 适用于各种复杂的流体流动和传热问题，包括但不限于液体、气体、多相流、湍流等。它被广泛应用于航空航天、汽车、能源等领域的工程设计和优化中。但对于微观问题无法模拟计算。

CFX

CFX 也是 ANSYS 公司开发的商业计算流体动力学（CFD）软件， 可以模拟多种物理过程，包括流体动力学、传热、化学反应、固体颗粒运动等，因此适用于复杂的多物理场耦合问题。

CFX和Fluent的主要区别在于它们所采用的计算方法。CFX使用了一种融合了有限元法的有限体积法，而Fluent则完全基于有限体积法。在实际使用中，可以明显感觉到CFX对内存的需求比Fluent要大得多，但是在收敛速度上，CFX却比Fluent更快。此外，CFX的单步计算时间也比Fluent要长。这在一定程度上与CFX默认使用隐式求解器有关。

COMSOL 

COMSOL Multiphysics 是一款多物理场耦合的商业软件，能够同时模拟多种物理过程，用户可以自定义方程和边界条件，实现复杂的多物理场耦合模拟。

以有限元法为基础，通过求解偏微分方程（单场）或偏微分方程组（多场）来实现真实物理现象的仿真，用数学方法求解真实世界的物理现象。对于复杂的模型，COMSOL可能需要较大的计算资源。而Fluent在计算速度上，确实比COMSOL快。

COMSOL Multiphysics 适用于需要考虑多物理场耦合效应的问题，例如流固耦合、热流固耦合、电磁流体耦合等。

OpenFOAM

OpenFOAM 是一款开源的CFD软件，具有高度可定制性和灵活性。它基于有限体积法进行数值求解，支持并行计算和自定义编程，用户可以根据需要修改源代码以实现特定的模拟需求。

OpenFOAM 适用于对CFD软件有一定了解和编程能力的用户，使用C++编写，需要对C++语言有一定了解的人群

STAR-CCM+

STAR-CCM+ 是由CD-adapco（现在是Siemens Digital Industries Software的一部分）开发的商业CFD软件，具有强大的网格生成和求解器技术。它支持多种物理模型和耦合方法，可以模拟各种流体动力学问题。

Flow-3D 

Flow-3D 是一款面向多相流、自由表面流动和复杂几何形状的流体动力学模拟软件。它的特点之一是其强大的多相流模拟能力，可以模拟包括气-液、液-固、气-固等不同相态之间的相互作用。Flow-3D 的独特之处在于其考虑了自由表面效应，能够模拟自由表面的变形、液滴碰撞、波浪等复杂现象。

Flow-3D 在多个领域具有广泛的应用，特别适用于液体金属成型、半导体制造、水力工程、海洋工程等需要考虑自由表面效应和多相流动的应用领域。它被广泛应用于模拟喷涂成型、铸造过程、液体冷却、水泥浆流动等复杂工程问题，并在工程设计和优化中发挥了重要作用。

Airpak

Airpak主要应用在建筑环境领域，包括室外风环境模拟、室外污染物扩散模拟、室内自然通风、室内气流组织和人体热舒适，室内污染物散发，空调室外机散热分析、数据中心冷热通道分析等。

Airpak具有自动化的非结构化、结构化网格生成能力。支持四面体、六面体以及混合网格，因而可以在模型上生成高质量的网格。Airpak还提供了强大的网格检查功能，可以检查出质量较差（长细比、扭曲率、体积）的网格。

可以模拟不同空调系统送风气流组织形式下室内的温度场、湿度场、速度场、空气龄场、污染物浓度场、PMV场、PPD场等，以对房间的气流组织、热舒适性和室内空气品质（IAQ）进行全面综合评价。

Phoenics

Phoenics是由英国CHAM公司开发的计算流体动力学（CFD）软件，它是世界上第一套计算流体与计算传热学商业软件。Phoenics可以模拟传热、流动、反应、燃烧过程。它可以解决零维、一维、二维和三维空间内可压缩或不可压缩、单相或多相流体的稳态或非稳态流动。

Phoenics支持直角、圆柱、曲面（包括非正交和运动网格，但在其VR环境不可以）、多重网格、精密网格。

 Envi-Met

Envi-Met是一款专门用于城市微气候模拟的软件工具。Envi-Met基于物理原理，模拟城市及其周围环境中的气候和环境变化。它可以模拟城市中的温度、湿度、风速、风向、辐射等气候参数的分布情况。

Envi-Met提供了强大的工具，用于创建城市系统的数字孪生，并管理所有数据。你可以导入来自Open Street Map或其他GIS软件的矢量数据，导出栅格化的Envi-Met INX文件。