首頁(yè) > 新聞資訊 本文原刊登于Ansys Blog：《Ansys Fluent: A History of Innovations in CFD》
作者：Giovanni Petrone | Ansys首席產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理
20世紀(jì)80年代初，謝菲爾德大學(xué)的一群年輕人共同創(chuàng)造了Ansys Fluent，這是首款具有圖形用戶界面和工作流程（而不是命令行輸入）的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）商用軟件。隨著時(shí)間的推移，F(xiàn)luent的普及率越來(lái)越高，并且在業(yè)界獲得了廣泛應(yīng)用。
2006年5月，Ansys收購(gòu)Fluent公司。自加入Ansys大家庭以來(lái)，我們一直在不斷發(fā)展Fluent的性能、準(zhǔn)確性和效率，并提供領(lǐng)先的創(chuàng)新技術(shù)，以幫助工程師在處理流體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題時(shí)克服極具挑戰(zhàn)性的設(shè)計(jì)難題。
如果您是一位還不熟悉Fluent所有創(chuàng)新功能的新用戶，或者您目前選擇了其他廠商工具，但依然想了解可能錯(cuò)過(guò)了哪些重要功能，不如，和我們一起回顧Fluent歷年來(lái)推出的最具創(chuàng)新性的功能吧。
2014：GPU加速負(fù)載與伴隨求解器
圖形處理單元（GPU）技術(shù)如今炙手可熱，但早在2014年，F(xiàn)luent中使用的NVIDIA AmgX求解器就引入了將GPU用作CFD加速器的概念。跟隨我們一同跨越時(shí)空之旅，來(lái)到2022年，F(xiàn)luent將成為首款推出非結(jié)構(gòu)化有限體積、完全原生的多GPU求解器的商用CFD軟件，從而突破了負(fù)載限制這一挑戰(zhàn)，顛覆了CFD仿真市場(chǎng)。
2014年，F(xiàn)luent推出首款伴隨求解器，通過(guò)使用伴隨靈敏度來(lái)推動(dòng)無(wú)法直觀呈現(xiàn)給設(shè)計(jì)人員的智能設(shè)計(jì)變更，以獲得CFD仿真的顛覆性洞察。伴隨求解器自問(wèn)世以來(lái)，其可靠性和易用性已逐步發(fā)展為一個(gè)全面的產(chǎn)品優(yōu)化框架。
利用2014年推出的伴隨求解器的自動(dòng)形狀優(yōu)化功能來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)
2016：Fluent打破了170,000個(gè)內(nèi)核的超級(jí)計(jì)算記錄
為了提高Fluent的并行可擴(kuò)展性，高性能計(jì)算（HPC）的研發(fā)工作始終都是并且現(xiàn)在依然是重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域。2016年，克雷公司（Cray Inc.）和斯圖加特大學(xué)高性能計(jì)算中心（HLRS）攜手共創(chuàng)了一項(xiàng)全新的超級(jí)計(jì)算世界紀(jì)錄，他們將Fluent擴(kuò)展到超過(guò)172,000個(gè)計(jì)算機(jī)內(nèi)核，從而幫助企業(yè)以前所未有的快速度和高效率，為產(chǎn)品創(chuàng)建獨(dú)具創(chuàng)新的突破性完整虛擬原型。
2017：PUMA自適應(yīng)與SBES湍流模型
對(duì)于商用CFD軟件的另一項(xiàng)尖端創(chuàng)新，是于2017年引入了已獲專利的多面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格自適應(yīng)（PUMA）技術(shù)。這項(xiàng)自適應(yīng)技術(shù)可自動(dòng)、動(dòng)態(tài)地優(yōu)化網(wǎng)格，以追蹤流動(dòng)中的精確細(xì)節(jié)。因此，工程師可以在其需要的位置獲得所需的精度，以捕獲仿真細(xì)節(jié)，同時(shí)在其它位置保留較粗疏的網(wǎng)格，以縮短求解時(shí)間。
使用2017年推出的多面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格自適應(yīng)（PUMA）技術(shù)，自動(dòng)優(yōu)化網(wǎng)格以求解精確細(xì)節(jié)，同時(shí)保留較粗疏的網(wǎng)格，從而縮短求解時(shí)間。
同年，應(yīng)力混合渦流仿真（SBES）湍流模型克服了混合RANS-LES仿真中的固有問(wèn)題。在近壁區(qū)域采用大渦仿真（LES）成本過(guò)高，而雷諾平均納維－斯托克斯（RANS）模型非常適合壁面邊界層。因此，混合RANS-LES模型在近壁區(qū)域使用RANS湍流模型可提供高效的建模，遠(yuǎn)壁區(qū)域使用LES方法可提供高保真度，但兩者之間的切換，通常會(huì)受到網(wǎng)格相關(guān)性和網(wǎng)格誘導(dǎo)的非真流動(dòng)分離的影響。Ansys開(kāi)發(fā)的SBES模型引入了一種獨(dú)特的專有屏蔽功能，可有效解決上述問(wèn)題，從而獲得值得工程師信賴的可靠、高效的尺度求解湍流模型。
2018：Mosaic網(wǎng)格劃分和噴霧破碎模型
長(zhǎng)期以來(lái)，網(wǎng)格劃分的一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)在于，既要在復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)中的不同類型的網(wǎng)格單元之間實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)轉(zhuǎn)換，同時(shí)要保持網(wǎng)格質(zhì)量，尤其是從邊界層棱柱單元轉(zhuǎn)換到遠(yuǎn)壁區(qū)域的六邊形單元時(shí)。2018年，F(xiàn)luent推出了Mosaic網(wǎng)格劃分技術(shù)，通過(guò)將不同類型的網(wǎng)格與高質(zhì)量的多面體單元自動(dòng)連接起來(lái)，解決了這一挑戰(zhàn)。這樣不僅可以節(jié)省RAM，同時(shí)還能獲得更高的求解精度、顯著加快仿真速度。
利用2018年推出的Mosaic網(wǎng)格劃分技術(shù)，法拉利GT賽車將仿真效率提升了300%
同年，噴霧破碎模型是多相流模擬中（如噴霧破碎），將流體體積（VOF）轉(zhuǎn)換為離散顆粒方法（DPM）的第一個(gè)商用實(shí)現(xiàn)。該模型可檢測(cè)到VOF仿真中的不同液滴，并被DPM（即質(zhì)點(diǎn)）顆粒代替，從而相應(yīng)地粗化網(wǎng)格。
采用2017年推出的流體體積（VOF）到離散顆粒法（DPM）混合多相模型來(lái)高效地仿真噴霧破碎過(guò)程
2019：GEKO湍流模型
2019年，Ansys湍流團(tuán)隊(duì)推出了具有可調(diào)系數(shù)的廣義k-ω（GEKO）湍流模型。GEKO的可調(diào)系數(shù)可以在較寬的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，以匹配具體的物理效應(yīng)，同時(shí)保持基礎(chǔ)模型校準(zhǔn)。即使在經(jīng)過(guò)湍流模型專家進(jìn)行調(diào)整的基礎(chǔ)上，也沒(méi)有其它湍流模型有足夠的靈活性來(lái)匹配大量測(cè)試案例的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而GEKO的系數(shù)，則能夠提供這種所需的靈活性。GEKO模型甚至可以經(jīng)過(guò)調(diào)整，以匹配不同尺度的求解仿真結(jié)果，例如使用SBES湍流模型的仿真結(jié)果。GEKO湍流模型僅適用于Ansys流體應(yīng)用。
2020：AIAD轉(zhuǎn)換模型與3D電池電化學(xué)
2020年，F(xiàn)luent是率先展示了基于代數(shù)界面面積密度（AIAD）方法的歐拉多相轉(zhuǎn)換方法的商用軟件。該方法適用于各種應(yīng)用，如壓水反應(yīng)堆中冷卻劑的損耗情況，與其它備選方法相比，該方法與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)高度吻合。
使用2020年推出的AIAD轉(zhuǎn)換對(duì)夾帶液滴和再吸收的氣-液流動(dòng)進(jìn)行分析
同年，F(xiàn)luent推出了面向電池充電/放電過(guò)程中鋰離子傳輸?shù)乃矐B(tài)仿真，為3D鋰離子電池電化學(xué)提供了完整的商用解決方案。
2021：雙向VOF-DPM-EWF與AI/ML湍流調(diào)整
如前文介紹，2018年Fluent首次在噴霧破碎模型中引入了VOF到DPM的轉(zhuǎn)換功能。2021年，F(xiàn)luent實(shí)現(xiàn)了雙向轉(zhuǎn)換，支持DPM到VOF的逆向轉(zhuǎn)換，并通過(guò)轉(zhuǎn)換到歐拉壁面液膜（EWF）來(lái)完成整個(gè)過(guò)程。在雙向VOF-DPM-EWF模型中，落在自由液體表面的DPM顆粒轉(zhuǎn)換回VOF方程，并且質(zhì)點(diǎn)顆粒被網(wǎng)格求解的VOF液體所替代。
通過(guò)使用2021年推出的雙向VOF-DPM-EWF功能，能對(duì)多相流的破碎、聚集和稀釋過(guò)程進(jìn)行高效的仿真
同年，F(xiàn)luent推出了AI/ML人工智能（AI）/機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）湍流調(diào)整技術(shù)，其中GEKO系數(shù)是通過(guò)ML算法進(jìn)行調(diào)整，而無(wú)需手動(dòng)調(diào)整。這有助于工程師使用尺度求解湍流模型（如SBES）生成高保真度解決方案。然后，他們可以在整個(gè)3D流場(chǎng)中使用ML來(lái)調(diào)整GEKO系數(shù)，以便后續(xù)的設(shè)計(jì)迭代可以使用更快速的GEKO模型，同時(shí)保持接近尺度求解方法的精度。
2022：Live-GX多GPU求解器與PyFluent
如前所述，F(xiàn)luent在GPU技術(shù)的仿真應(yīng)用領(lǐng)域一直是開(kāi)拓者，2022年，Ansys引入了原生多GPU求解器，以此將Fluent的技術(shù)水平提升到了新的高度。這款全新的多GPU求解器可以為穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)CFD仿真提供眾多優(yōu)勢(shì)，包括縮短仿真求解時(shí)間、降低硬件成本和功耗，并提供媲美CPU求解器的相同精度，同時(shí)不受此前提到的GPU負(fù)載的所有限制。
采用2022年推出的原生多GPU求解器，6個(gè)高端GPU的性能優(yōu)于2,000個(gè)CPU的性能
最后，Fluent還推出了PyFluent，這是一款從前處理到后處理都使用Python來(lái)訪問(wèn)所有Fluent命令的開(kāi)源庫(kù)。PyFluent旨在將強(qiáng)大的行業(yè)人士社區(qū)、可重復(fù)使用的編程語(yǔ)言（如Python）以及Ansys先進(jìn)的仿真堆棧技術(shù)相結(jié)合，以創(chuàng)造無(wú)限的可能性。
展望未來(lái)創(chuàng)新
Fluent不斷推出前沿創(chuàng)新功能，不僅改變了CFD仿真的執(zhí)行方式，并為行業(yè)樹(shù)立了標(biāo)準(zhǔn)。我們的研發(fā)承諾是始終保持創(chuàng)新步伐，以便客戶能夠使用先進(jìn)的軟件，以前所未有的方式不斷突破性能、準(zhǔn)確性、生產(chǎn)力和可持續(xù)性的極限。
Fluent在過(guò)去幾十年中推出的突破性創(chuàng)新功能
（文章來(lái)源公眾號(hào)：Ansys）
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