如何理解 ANSYS Fluent 在产品设计中的定位
2019/02/18 21:46:37
我们所熟识的CAE软件，全称叫计算机辅助工程，因此可以认为仿真软件的本质仍旧是工程。所有的工程问题都具备多样性的特点，因此对于同一个情况，会有各式各样的解决方案。
虽然价格有所差异，但宝马和中华都可以制造舒适、美观、性能完备的乘用车，这就是工程多样性的典型表现
Fluent属于工程仿真的一种，也是一个开放的问题，因此对于其中很多的环节，都可以从不同的角度得到多种结论。
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。
那么应该如何给我们ANSYS Fluent 做一个合理的定位呢？我觉得可以从以下的几个角度来描述。
Fluent软件的概略特点（非详细功能）
Fluent 软件所具备的流体仿真功能是非常详细且庞大的，资料非常非常的多，本文也就不详细介绍这些内部特点了。当然，如果我们将Fluent 当成一个整体，从外部去观察他，也能够获得一些不常见的、概略性的特点：
★ 从属于 CAE 体系
Fluent 是成熟的计算流体动力学软件（简称CFD）软件，是计算机辅助工程（简称CAE）的重要组成部分。因此Fluent的本质仍旧属于工程的范畴，也必须具备工程所需的特点，如：
● 必须具备明确的目的性
● 要抓住主要特征，忽略次要因素
● 要充分考虑经济效益
● ……
如果能够准确理解 Fluent 是工程这一本质，那么就会对我们的工作有极大的促进；至少我们可以在仿真分析之前清楚的知晓，我们工作的代价能够付出多大，需要效率达到何种水准。
★ 可以体现使用者的技术价值
Fluent 软件难度很大，想要真正掌握这个软件，必须经过专门的培训和长期的反复学习。因此Fluent 流体工程师在业内还是具备相当的口碑，从某种程度上讲，Fluent 软件可以为他的使用者，提供相当高的印象加分。
★ 非线性迭代计算（无精确解）
流体的基本理论是由非线性方程构成的，这就表明工业中的流体问题是无法获取精确结果的，这一点可以对比结构分析的静力学（部分问题有标准答案）来看；因此，从这个角度来讲，流体仿真与静力学仿真在支持产品设计方面，要具备不同的思路。
Fluent在迭代的过程中，每一步的变量值都不一样，只是有的区别大、有的区别小；而且这些不一样的结果，在收敛的情况下都可以认为是对的（或者说是仿真合理的）。那么对于Fluent的这样一个特点，相信会引起我们各位流体仿真工程师的一些思考。
★ 代码封闭（黑盒子）
Fluent 的代码是商业机密，不可能公开也不可能被获取，但是在帮助文档中，Fluent给出了详细的计算流体力学理论公式，简而言之就是为了说明：我的代码就是按照这些理论公式来写的。因此，Fluent 是一个黑盒子，我们给的一些输入，会对应出现输出，至于中间的过程，我们并不知晓。
对于黑盒子，有些人是不信任的，毕竟不知道详细信息，任何人也不敢肯定这个代码一定是按照理论来写的；从这个角度来讲，对Fluent 的不信任也是可以理解的。
★ 可扩展性强
在工作中，为了达到目的，我们通常会采取多种方法，这些方法，可以认为是我们Fluent工程师勤工作的智慧结晶，也是最宝贵的知识财富。
当然，随着问题的复杂程度不断提升，我们的产品仿真要求也不断增加，这些要求通常是Fluent（或其他CFD软件）标准界面无法实现的。因此，要想将我们工程师的聪明才智与软件更好的，结合，就必须要有强大的可扩展性，Fluent就提供了这种强大的可扩展功能（UDF），也正是这个原因，让Fluent这款软件成为了我们充满智慧的工程师的首选工具。相比之下，CFX等流体仿真软件的可扩展性就很弱，无法满足我们工程师天马行空的想法。
★ 知名度高、应用广泛、资料丰富（限于篇幅暂不扩展介绍）
★ ……
Fluent 软件在企业应用中的定位
流体设计人员对 Fluent 的观点，主要可以分为以下三种：
● 极端观点一：Fluent 非常强大，啥都能算，算的也都靠谱
● 极端观点二：Fluent 不靠谱，都是瞎忽悠，不可信
● 大多数观点：没有那么强大，但还是具备丰富的功能，可以在很多问题上体现价值
★ Fluent 的本质，只是一个高级的计算器
● 原理不清的问题无法解决
● 考虑过多工程细节的问题无法解决
● 给出指定的输入、会反馈相应的输出
★ Fluent 仅仅是把我们熟识流体的理论应用在不同的实际场景（几何模型）中
★ Fluent 是一种工具，给我们的工作提供参考
画外音：为何领导（专家）会看不上我用Fluent算的结果呢？
一方面是专家自身的原因：
● 本身性格比较倔强
● 遇到过不靠谱的仿真工程师（或仿真算例）
● 对黑盒子充满不信任
● ……
另一方面则是流体仿真工程师的原因：
● 有些问题依照 Fluent 的结果，作出了决定性的判断
● 工程师无法解释清楚算例仿真的可靠性(Reliability)
● 仿真过程不够严谨或有错误
● ……
画外音：如何让 Fluent 的结果更具说服力？
那么在了解了Fluent 的定位以后，流体工程师们要如何工作，才能发挥CFD软件的优势，从而使Fluent 仿真的结果更具说服力呢？
★ 做一个靠谱的 Fluent 仿真工程师 ※※※※※
★ 新增多个对比仿真算例
● 针对产品的单个 Fluent 算例，说服力是较弱的（但这却是流体工程师平时做的最多的）
● 单个算例误差来源广泛，详细情形难以界定
● 多个产品设计方案的仿真结果对比，通常具有说服力；因为可以有效屏蔽通用性误差
★ 仿真与实验配合，才能让 Fluent 发挥真正的价值