从校园新手到CFD职场专家的成长之路

CFD属于CAE技术中比较难的一款软件，主要原因就是流体的特点决定了，因为相比于固体，流体太容易变形了，分子之间的距离比较大。所以，导致了一系列的问题。常常的结果是，忙了半天或者很长，根本得不到结果，所以在CFD的学习中，更加强调方法的学习。

本文将结合我自己的亲身经历，从一个CFD的小白，到今天有一定CFD使用经验的“职场小达人”。重点介绍自己在学习CFD过程中，走了那些弯路。毕竟，教训比经验更深刻！希望您在学习CFD的过程中，少走一些弯路，少花一些时间。

毋庸置疑，未来试验鉴定活动将极大依靠建模和仿真工具，特别是在航天航空和深海工程等领域。

惠老师提供的案例图一

一、本科阶段-我初识CFD

我第一次接触CFD源于大三的传热学，因为当时有一章是“导热问题的数值解法”，当时也没有什么感觉，只是觉得这一块需要采用数学，而且有编程类的课程大作业。由于当时恰好学习了matlab，fortran，并自学通过了C语言二级考试，因此出于学习编程语言的目的，就顺手练习了传热计算的相关算例，“一举两得”。通过这些学习，其实对于CFD软件中的一些离散方法和计算方法有了初步的认识，例如迭代计算，向前向后差分等。毕竟，做任何事情，理解都是第一位的，死记硬背的东西长久来看，并不实用。

等到大四做毕业设计(2010年)，鬼使神差的我选了制冷所一位大牛的《透平膨胀机数值模拟的课题》，便第一次正式接触了CFD，接触了fluent等软件。

当时在做膨胀机叶片时，选择的作图工具是Inventor，软件划分工具用的gambit，CFD软件用的fluent 6.3.26.这几款软件估计部分人接触的不多。说实在，用起来的确很费力。有点后悔的是，当初选修课为什么没有多学一些作图类软件(大学还是要多学点东西，尤其是工具类的东西)。

当时java刚刚在高校中作为选修课刚刚开始，大数据，云计算还都没有进入大家的视野，人工智能也没有那么热。所以，现在想起来，在大学多学几门课程还是不错的。结果证明，很多学机械，甚至学热动的都去了BAT，现在薪水那叫一个高呀。

当时记忆中，采用二维的gambit和fluent做了流道截面的模拟。涉及到的流道相变问题，也没有解决，还好老师没有为难自己，这样就匆匆结束了自己的本科生涯。

但总的感觉，还是gambit作图还可以，可以通过选择几个点实现画曲线曲面的功能(有些时候比一些专业的建模软件都好用),界面有些丑陋。至于workbench上所具有的数据更新，参数化等功能，那几乎是没有的。gambit目前已经被ansys公司淘汰掉，也基本不会推出新版本以及进行技术培训等活动。

二维fluent计算也没有那么难收敛。但是很难理解如何选择simple还是simpler，对于松弛因子的选择也比较难把握。毕竟是一个初学者，首先能获得一个差不多的结果，而不是发散结果是第一位的。

不过在这阶段，也得到的师兄的一些指导，虽然很有限也不是很系统，但总比一个人摸索要强。

现在想起来，CFD对经验的要求还是挺高的，遇到问题，找师兄师姐准没有错。

因为这里面即涉及软件操作，也设计专业知识的理解。同样的一个CFD文档说明，可能有经验的人看了知道是什么原因，但是初学者来说很难理解。

从另外一个角度讲，一个好的CFD培训一定是即有老师理论和上机实践操作，也有学员要上机操作，否则培训效果比较差，试想想，上电脑课哪能不带电脑呀！

惠老师提供的案例图二

二、硕士阶段-我学习的CFD

由于某些原因吧，大四毕业我就去了导师那里进行科研，那时候就基本确定了硕士2年半时间的研究课题是CFD仿真计算。

我们课题组分为三个方向，一个是流体CFD组，主要采用的就是fluent和cfx，当时貌似还没有用workbench，大家普遍用的就是单独版的fluent和cfx。一个是流体测量组，主要做一些速度场测量，压力场测量，风洞水洞等，以实现CFD和测量的对比吧。事实证明，仿真和实验相互对比验证，在研究流体中扮演着重要的角色。另外一个组是做强度的，主要是疲劳，裂纹，用的是abaqus。所以硕士期间也遇到了一些流固耦合的项目和问题。

刚去导师那里，导师便给了我一个课题，需要研究一个潜水艇喷水中冷热水混合问题。整个问题如果不考虑VOF问题，只是考虑喷水问题，这个课题不是很难，纯粹的一个进出口流动问题。我当时继续了自己在本科期间的gambit和fluent，结果证明，这么简单的一个计算，最终我用了几乎3个月的时间也没有搞定。等到下一年我导师让一个师弟做的时候，几乎用了很短时间便解决了。

究其原因，首先是缺乏引路人。自己当时拿到课题，也就是一根筋地开始做几何，做网格，计算，而没有分析CFD的策略问题，看看师兄们如何进行CFD计算，看看论坛上，QQ群里大家怎么进行CFD计算，毕竟这是自己的硕士课题。

其次，还是CFD的方法和技巧掌握的不够。对于初学者而言，"复杂问题简单化"永远都是一个永恒的话题，比如上文提到的潜水艇，那对于初学者来说，完全可以建立一个简化的潜水艇，或者干脆用一个圆柱代替潜水艇。要研究冷热水的混合，那完全可以先不考虑温度场，而只计算流场，继而在速度场准确的基础上，获得温度场。

另外，对于一个初学者来说，一定要从二维计算出发，即使原始模型是三维，也都要从简单的入手，这和我们高考答题的顺序是一致的——先易后难嘛。试想想，对于一个初学者而言，采用fluent三维计算，如果很难画结构网格，不说得到准确结果了，能否得到计算结果都是个巨大挑战。  

还有一个很重要的问题，就是关于初场的问题。fluent很多情况下的发散，都是因为给的初场不合适。一个好的初场不仅可以加快收敛速度，甚至可以解决难收敛，不收敛问题。目前的初场给定方法，fluent中有恒定初场给定法和混合初始化，而CFX的初始化，则可以通过表达式及其他方式，实现fluent中patch的功能，即相当于UDF初始化的功能。

等到研一时，上了计算流体力学的课程，每次上课都是在晚上，听课效率不高，老师水平呢，也只能说一般，听得迷迷糊糊，只是对一些基本理论有了些了解，对实际操作帮助也不是很大。看来，只上一个CFD的理论课程真的是远远不够的,最起码也要上机操作下。

事实证明，只有在实践中才能对相关理论进行理解，否则学了那些理论几乎等同于没有上。因为对一个初学者来说那些概念很难理解。CFD的理论本身就很难理解，加上没有软件支持，可以说更是难上加难。所以，目前在CFD/CAE领域内，有一个很重要的方向就是做二次开发，即作出一款“傻瓜式”的软件来，让更多业界人士收益，使他们能够放手去做产品与设计相关一些事情来。所以，不得不说，CAE真的是一个专业人士做的事情，而不是像CAD或者UG一样大众都能够很好接受的。

研究生期间，很长时间都是做湍流和绕流的研究。对于湍流模型还做过一个专业的小组报告。不过这段时间，导师几乎每周都会做seminar(汇报)。很好锻炼了自己做ppt和演讲的能力。不过现在看起来，那些湍流模型似乎在企业工作中用处并不大。湍流理论中的Y+,边界层等都是在该阶段学到的。

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