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国内cfd软件开发水平和国外的fluent一类商业软件差距大吗?

发布时间:2019-05-24 06:56:34  来源:网友自行发布(如侵权请联系本站立刻删除)  浏览:   【】【】【
差距大。不过原因不在于其它答主所认为的CFD软件发展太快的原因。CFD离散方法,无论是空间离散格式、时间推进格式、还是线性代数求解方法,在最近三、四十年来获得了长足的进步。但是相反,目前工业界普遍使用
国内cfd软件开发水平和国外的fluent一类商业软件差距大吗?

差距大。

不过原因不在于其它答主所认为的CFD软件发展太快的原因。

CFD离散方法,无论是空间离散格式、时间推进格式、还是线性代数求解方法,在最近三、四十年来获得了长足的进步。

但是相反,目前工业界普遍使用的CFD软件的内核算法普遍停留在上个世纪八、九十年代的水平。Fluent如此,CFX也是如此,Fastran亦如此,CFD++仍然如此。主要原因在于当今商业软件普遍使用的二阶精度有限体积法已经可以满足大部分工程问题的需要。这些软件基本上数值离散都是用的二阶精度的有限体积法,变量存储在格心或者格点上,梯度项重构采用最小二乘法或者Gauss-Green公式,并用限制器处理间断问题,粘性通量用二阶中心差分格式(对于非结构网格是使用两侧梯度平均值计算粘性通量);对于不可压问题,经典的SIMPLE系列算法或者PISO算法在这些软件中仍然占据着中心地位;甚至它们的时间推进方法也许久没有得到更新了,许多软件仍然使用着点松驰、线松驰等古老的线性代数求解的迭代方法。而靠着他们在八十年代、九十年代的领先优势,依靠市场先手导致的用户粘性达成了实质上的垄断地位,依靠这一地位他们赚取了丰富的收入。

何以如此?根本原因还是在于目前工程上的问题需要的准确度与精度,这些软件大部分情况下都可以满足需要了。最近发展的诸多先进的高阶精度算法,在一些特殊的问题,比如计算气动声学、直升机旋翼流场等微尺度涡十分丰富的场景,或者实验室进行的一些基于高精度DNS模拟所做的流动机理性研究中,具有十分明显的优势,但是这些领域是工程上的偏角落,市场十分稀少,这部分市场依靠各国高校课题组内的in-house代码就基本上满足了市场需要了。且由于这些算法在工程问题上仍然存在许多需要调整的自由参数、某些结构网格上的高阶方法对于网格质量有较高的要求、某些非结构网格上的高阶算法要求高阶曲线曲面网格的配合等原因,导致不具备相当程度CFD基础的工程人员难以使用这些程序,阻碍了这些算法走向商业软件。

而在Fluent、CFD++等发展的年代,我国CFD科研工作者其实在算法上取得了不输于人的成果,譬如张涵信、陶文铨等人的工作。但是受制于当年我国整体科技实力的落后,与国外同等水平的算法研究不能转化为商业CFD软件的水平。市场就是这样,一旦失了先机,就再难以追回来了,除非出现突破性的技术进步导致大家都再次处于同一起跑线或者国家实行市场保护政策。到了答主读研究生的年代,即使国内软件开发水平已经不输于国外了,但是在国外商用软件几乎占据了垄断地位,且国内知识产权体系不健全的情况下,此时再去开发可与国外软件PK的CAE(包括CFD)软件实在属于得不偿失的工作。曾经国内也有高校尝试过这一工作(我自己课题组就曾经做过,大连理工大学也做过相关CAE软件的开发),但是没有获得有效收益,国内也就没有研究人员有动力去投身这一领域商业软件的研发。何况当今高校科研评估唯论文、唯基金呢!

然而,这并不表明国内CAE程序的能力就不如商业软件。据我所知,国内各高校、中科院、中国空气动力发展研究中心在CFD算法的发展上仍然保持着相当能力,在世界上也有一席之地;并研制了诸多计算能力极其强大的CFD/CAE程序,为我国国防工业、航空航天等产业的科学研究、型号研制提供了充分的保障;这些程序的计算能力也几乎不输于国外斯坦福大学等名校开源的程序。但为何我国没有什么有名的开源代码发布?这主要归因于国内不健全的知识产权体系导致国内开源作者的正当权益几乎得不到任何保障。

原来贴的自己计算的一些结果删了。

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