“CFD中的正确答案”？？

在过去的四年里，汉娜一家搬了四次房子——这背后有一个很长的故事，我不会让你感到厌烦，亲爱的读者，但好消息是，我终于在圣诞节为我的学习打开了与工作有关的旧文件。在那里，在原始状态下，2006年Fluent V6的金宝愽备用网址CFD软件手册与这一个展示我以前的Fluent公司。同事，所有人看起来都很年轻，但和我记忆中的一样英俊。最吸引我眼球的是Fluent公司的标语。logo：“CFD的正确答案”。我很清楚地记得，我雇佣了一家昂贵的波士顿营销机构，与每个人畅所欲言地谈论是什么让公司及其旗舰CFD产品与众不同，188bet手机官网这句话引起了大家的共鸣。此外，它反映了当时市场领先的CFD产品的情绪，流利。甚至在12年前，随着硬件技术的进步（由摩尔定律推动）和易于使用的界面，它变得越来越可能允许“越来越多的人用CFD得到错误的答案，比以往任何时候都快”“就像我们以前说的！！

从那时起，世界就在前进，当然，CFD市场现在大约是原来的三倍大（参见早期博客我在这个问题上的帖子）比10年前有更多的CFD用户。但获得准确的CFD预测的问题从未真正消失……计算流体动力学本质上是一门困难的科学学科，因为纳维尔-斯托克斯方程是二阶的，非线性和高度耦合的物理和空间以及湍流和其他“多物理”现象。商业CFD代码都内置了经验近似值；但要想成功，他们必须准确，经过充分验证和稳健，可供工程界实际使用。这从未改变。许多工业验证和验证进入了最佳的CFD代码，让用户对他们正在使用的东西有信心。这些规范采用了由数百个工业CFD基准组成的综合测试套件，目前全世界的质量保证（QA）部门几乎全天候运行这些测试套件。

这个准确度问题提醒了我，当我第一次使用商业CFD代码时，1989年的Fluent 2.99版，当我在米德尔斯堡的英国钢铁技术学院（British Steel Technology）读研究生时，我简直是耳目一新。我清楚地记得我走进一个叫博士。管理内部CFD开发小组的Bob Young在公司。当时所有的办公室门上都有标志，上面写着房间主人的姓名和头衔，你得敲门。当时鲍勃40多岁，他给我讲了过去10年钢铁工业发生巨大变化的故事，告诉我他们刚买了这个昂贵的新商业计算流体力学代码，流利。然而，他的内部CFD团队中的人对此持谨慎和怀疑态度，因为这可能影响他们的生计。这些年来，他对我的下一句话一直困扰着我：

“小心那些CFD漂亮的照片，基思；总是问自己’它是物理的吗？？’当你看到CFD模拟预测时。”“

然后，鲍勃指了指他房间所有墙壁上整齐地摆放在几个书架上的各种工程课本，还有他桌上的纸笔，并敦促我做手工计算来验证每一个CFD预测。他已经长大了，知道计算机预测在工程模拟中的陷阱。在钢铁制造等重工业中，这是一个非常不可原谅的环境——它有巨大的设备，在可怕的极端温度下运行，非常危险，而且，例如，冷却水与铁水或钢水相距10厘米。我在钢铁行业工作三年，认识一些死于工业事故的人。因此，工程仿真软件及其用户有义务在Bob的脑海金宝愽备用网址中每一次都是“正确的”，并且使用CFD/CAE预测，并将其最佳的专业判断联系在一起。当时大家都开玩笑说，CFD代表着“为导演着色”，在我们今天的平板电脑/互联网/社交媒体/云/虚拟现实世界中，这一点比我1989年想象的还要严重。CFD（和CAE）必须在我们的解算器中解决的潜在物理挑战不会消失，我不敢说，这就是我们科学领域的本质。

为什么这个短语“CFD的正确答案”最近又在我的脑海里蹦蹦跳跳？好，这是因为我一直在重新审视“CFD民主化”的主题，考虑到CFD市场的变化和新产品的推出。博客帖子和白皮书具有伊沃·温霍尔德去年。在这两种出版物中，我和Ivo花了大量时间和精力阐述了我们认为是设计工程师对CFD的看法，而不是我们许多人最熟悉的经典CFD分析师的世界观；后者占现有CFD市场的80%，前者占20%，未来CFD部门的人口机会更大。

在我们白皮书，Ivo和我谈到了2011年北美自由贸易协定世界大会（NAFEMS）一份题为：“回到未来——商业CFD趋势”“，我的同事约翰·帕里我提出。我们假设了当时我们所说的“CFD的圣杯”，也就是说，“实时计算流体力学”或“动态计算流体力学”在您的首选计算平台上完成，适合您公司的工程和PLM工作流程。188bet手机官网我们甚至展示了一张幻灯片，从我们当时的角度封装了“CFD圣杯”的元素。我必须在这里补充一下，“实时计算流体动力学”一词来自迈克尔·恩格尔曼，流体动力学国际公司（FIDAP）前首席执行官，15年前在一次会议上用过这个词。在我们2011年的愿景中，然而，是给了我们两个久经沙场的CFD分析师的“礼物”，“实时”CFD代码必须是可靠和准确的（或者至少它产生了“足够准确”的趋势），以用于手头的应用程序或任务。我们在“圣杯”幻灯片中没有提到的是准确度，就这样，和，只是我们感觉到的一个卫生因素。CFD界自20世纪70年代以来，通过更好的数值技术和计算机资源的开发，一直在追求更高的精度。毫无疑问，获得的CFD解必须“足够精确”，并且需要以100%的可靠性达到足够的精度……模拟后，应用后再应用。我想谈谈这个话题。

自2011以来，我一直在关注“实时”的CFD/CAE产品（有时称为“交互式CFD/CAE”），我特别注意到Stan Posey和Nvidia在2013年的开创性演讲GPU和点阵玻兹曼法代码对于CFD空气动力学和其他颗粒流预测进行了描述。值得注意的是，公平地说，“交互式CFD”已经存在一段时间了；欧特克可能是第一个通过他们的2011年的“猎鹰计划”后来变成欧特克流程设计；提供一种“虚拟风洞测试模拟工具”，该工具已在市场上上市一段时间。而且，当然，我很惊讶你现在可以为你的手机获得大量的免费应用程序，这些应用程序可以模拟基于LBM的二维流体流动效果。我最喜欢的是“免费风洞”应用程序这有一些很酷的互动翼和触摸屏功能，我4岁的孩子喜欢。

众所周知，在过去的10-20年间，LBM CFD代码在利基CFD应用领域表现良好，主要是因为其易于使用，设计的中心性和墙壁时钟速度，以一个可用的解决方案。然而，与工业上的Workhorse Reynolds Average Navier-Stokes（RAN）方法（代码如STAR-CCM+，， 流利的，，CFX和弗洛夫德）部分，这是因为需要将数千个CPU投入到LBM代码中的一个问题上，直到最近，只有大型企业的原始设备制造商和几家跨国公司才拥有这种奢侈品。无可否认，部署在云端的CF金宝愽备用网址D/CAE软件将来可能会改变这一点，但是云计算确实有安全性和IP盗窃问题。正如美国白宫知识产权安全顾问所指出的，Mark Anderson。在结构世界里，我也看到了像西姆斯特朗在过去几年中，谁来了无网格交互式结构分析软件的基础上金宝愽备用网址变形的MCAD和PDM平台。Onshape是有影响力的乔恩-赫希克（关于SolidWorks的名声）及其价值主张是，它以云部署和较低的MCAD/PDM入口价格为前提。

去年，当Ansys预发布时，市场大吃一惊。Ansys Discovery Live'对于那些看起来像实时CAE的人来说。作为CAE世界的营销人员，在去年9月发布Discovery Live之前，我们必须向Ansys的市场营销组织致敬，然后在2018年2月正式发布为产品。这无疑是CFD/CAE市场历史上因预期提高而引起的最大轰动。这是CAE市场一直在寻找的巨大破坏吗？Ansys Discovery Live确实具有一些简洁的功能和良好的用户体验，并且似乎可以按下许多按钮。约翰·帕里和我在2011年阐述了.我们是不是处于柏林墙或AY2K在工程模拟领域的时刻我想知道？这个产品的评判标准是：许多工程师需要将它下载到各种硬件平台上，根据行业基准进行验证，首先将其应用于现实工程应用程序，看看它的预测结果如何。

回到设计人员的工程仿真需求，他们似乎是这些“交互”或“实时”CFD/CAE代码的主要目标，，去年我和Ivo确认设计师通常专注于用计算机辅助设计产品，通常可以进行物理测试或者他们是专家的其他任务。此外，我认为CFD分析师理解“设计师”不是愚蠢的CAD工程师非常重要。的确，他们中的许多人将是使用计算机辅助设计的专家，但也可能是在产品测试或过程控制中，或者其他一些重要的产品开发学科。设计工程师被归类为典型的快速需要结果，寻找忠诚度次之趋势，因为他们可能会在一年内进入和退出CFD。他们想对流体相关问题做出工程判断，并使用CFD来做“如果…？在计算机上进行测试/实验，以帮助其产品开发决策过程。例如，他们肯定不会对墙边界层Y+值感兴趣。然而，我们在白皮书那就是：

“UX（用户体验）和UI（用户界面）不得对产生可靠和准确结果的需要产生负面影响。没有CFD领域或工具专业知识。”“

在我看来，这是不可谈判的。多年来，在速度与解决方案（即从获取CFD/CAE代码到获得一些有用的工程输出的墙时钟时间）与精度。也许这些“交互CFD/CAE”代码创新之一将成为工程仿真市场的游戏规则改变者，但是对于所有这些交互代码来说，除了目前有限的“多物理”能力之外，最大的挑战是模拟预测的准确性，以及在现实工程问题中得到错误答案的明显可能性。在我看来，易用性和快速用户体验必须与开箱即用的健壮性相结合，代码必须产生准确的结果，也就是说，必须对其准确性进行充分验证，并证明是这样的；否则我们要处理玩具。

以下是我将提供的一些经验法则，用于审查任何CFD代码是否适合产品设计师使用，CAD工程师或在任何设计工程环境中：

1. 准确：这应该始终是前面和中心与任何商业CFD代码。在一些简单的基准上尝试一下，看看它如何处理例如二维空气动力学示例不同迎角的NACA 0012翼型。
2. 稳健的：它是否坚固耐用？不仅仅是它以交互方式显示了一些漂亮的图片——它是否以广泛的工业验证为基准，以及它是如何与之抗衡的？一个很好的例子是从2014年开始，JSAE盲人通用汽车车身外部汽车基准测试代码喜欢的地方STAR-CCM+，，弗洛夫德和尖酸刻薄做得很好。
3. 可靠的：它必须在不同的硬件平台和CPU/GPU上一次又一次地给出相同的结果。
4. 物理：它不应该产生“非物理结果”，正如鲍勃·杨（Bob Young）曾经说过的那样，即使计算流体动力学（CFD）是以交互方式进行的。例如，流向“错误”与实验或现实世界中发生的情况相比，如果，例如，更改CFD网格密度。想象一下，如果一个设计在早期被“发现”，而实际上是错误的，那么在公司的设计过程中，在下游对它的变体进行大量的努力，将会浪费多少精力。188bet手机官网
5. 工作流程：它是否适合您的CAD和PLM工作流程？它是嵌入在MCAD中还是非常紧密地集成？设计人员希望在他们喜欢的CAD环境中工作，而不必跳入或跳出代码，甚至不必跨代码链工作。在现实世界中，应用程序几何结构来自或来自设计工程师，既复杂（有许多无关的细节）又“脏”（重叠的部分和部分之间的间隙）。在交互式CFD/CAE代码中，真实世界的几何图形是如何处理的？？
6. 数字孪生：它是如何符合新兴的表演标准的？数码双胞胎？你的CFD模拟数据是可追踪和参数化的，还是只是放在桌面目录库中？它能连接到你的实验测试数据吗？它是制造“系统V”与一维系统建模和三维组件多物理模拟有关？？

总之，我的老同事鲍勃杨的咒语它是物理的吗？？“这是我鼓励所有模拟工程师的信条，尤其是前沿设计师，在他们的CFD/CAE日常工作中采用。我发现这是工程模拟的一个很好的经验法则。准确度与物理性质密切相关，是工程CFD模拟中的“卫生”问题；这是我们行业中的一项规定，不应在争先恐后地进行交互式CFD/CAE时丢失。否则它会回来咬我们所有人。