Fluent起源与发展史诗：一篇文章，看尽风云变幻

*超完整Fluent软件发展历程，可先马后看

绝大多数市面上如雷贯耳的软件都脱胎于创始人非凡的远见（如Ansys结构软件最早就是Swanson博士一个人的杰作）。然而，Fluent是一群来自五湖四海的年轻人创造出来的。要提到的第一位是来自土耳其的Boysan（在2006年Ansys收购Fluent前，担任Fluent的COO）。1975年他来到英国谢菲尔德大学学习流体力学研究生课程。当时流体力学里面几乎所有的计算工作都是手算完成的。Boysan遇到了另外一个土耳其学生Turan，后者在伦敦帝国理工学院研究最早的CFD代码之一Tora3 ，模拟突扩燃烧室中的燃烧现象。就像当时所有的CFD代码一样，用户必须在使用前，制作穿孔输入卡片，而卡片上的错误只有在求解器崩溃后才能发现。两个学生共同进行研究，但进展非常缓慢，因为每次改变几何或者是边界条件，就不得不重新手工制作打孔卡片。

这段经历非常痛苦，不过他们最终获得了足够的结果。Turan成功完成了博士论文，Boysan则因为会用计算机代码获得结果，在当时的CFD界已经小有名气了。

1979年，在谢菲尔德大学化学工程系的教授Jim Swithenbank的邀请下，Boyan再次返回谢菲尔德，帮助教授开发了一款可以交互式定义几何和边界条件，专门用来求解旋流分离器的代码。另外一个学生Ayers也参与开发了这款软件。他们的软件，最终发表在化学工程师学会汇刊上，并声明可以免费提供源代码的拷贝。随后，几百封索取函涌入了他们的邮箱，这提醒了这两个年轻的学生，交互式CFD代码可能拥有巨大的商业潜力。

新纪元开启，交互界面出现了

Boysan和Ayers当时还是谢菲尔德大学的研究生，他们开发出了一款通用目的的程序，该程序代表了CFD的一个新纪元的启航——交互式界面出现，并且用户可以在图形界面上修改几何、边界条件，并且观察这些变化产生的效果。这款软件也定义了前处理、求解、后处理的求解过程。软件被起名为Tempest ，在谢菲尔德大学的Perkin Elmer 3205的计算机上，它可以求解400个节点的几何。这台古董级的机器内存只有1MB，却占用了学校的一整间屋子。

Ayers向燃烧工程公司和巴特尔实验室展示了Tempest，两家公司对此展示了极大的兴趣，花了几千美元买了源代码。这让Boysan等人备受鼓舞，他们决定向谢菲尔德大学寻求投资，以便将该软件进一步商业化。他们找到了一个可以向非技术人士解释这个商业前景的例子——谢菲尔德大学刚刚修建的一所带有装饰性水池的大楼。这座大楼完工后，大楼周围的气流把水吹到了人行道上，最后，人们不得不又把水池填平。而软件团队以此为例，表示Tempest可以计算大楼周围的气流，事先预测出这个问题。然而，学校管理层得知这项技术后，却担心由此发现更严重的大楼设计问题，加上当时他们并不看好Fluent这款软件，所以，拒绝了雄心勃勃的研发团队。

前面提到的Swithenbank教授，当时还是一家位于美国新罕布什尔的叫做Creare 的咨询公司的特约雇员。1982年晚些时候，他写信给这家公司请求商业化他们的软件（当时Creare已经孵化出了一系列的公司）。这封信被分发给了公司合伙人，但是除了Bart Patel（在2006年Ansys收购Fluent前，担任Fluent的CEO），每个人都对此毫无兴趣。Ayers把代码装在了Creare的DEC PDP-11微型计算机上，向Patel进行了展示，Patel立即喜欢上了这款软件。

后来，Boysan和Ayers成立了一个叫做Boteb的公司，Creare从Boteb公司购买了软件的商业版权，提供了10%的销售版税和25,000美元的最低保证，并且同意购买Boteb至少1000个小时的开发和支持服务。Patel察觉到，Tempest这个名字听起来太复杂了，所以将其改成了Fluent，以此来强调这款软件的易用性（Fluent有流利的意思）。

“无限”技术支持的软件授权，把Fluent推上快速发展的轨道

在最初几年，创始人们的几个关键决定起了非常大的作用，就是这些决定，最终让Fluent在当时蓬勃兴起的CFD市场中脱颖而出——当时，其它的流体软件开发者售卖永久授权，而技术支持则以小时收费。Patel发觉，用户其实需要大量的支持，但是，如果不得不按小时来付费，他们会选择使用比实际需要少得多的技术支持，因此最终可能无法得到理想的结果。所以，Patel决定已年租的形式进行授权销售，这种授权包含了无限的技术支持，其综合售价非常接近竞争对手永久授权的价格。这是一项关键性的决策，对Fluent最终的成功起到了至关重要的作用。

另一个关键决定是，将所有物理模型和求解器打包到Fluent中，把它们作为一个整体制定单一的年租价格进行售卖。当时，市场的领导者是CHAM （CHAM公司及其主打产品Phoenics 是知名教授斯波尔丁的杰作），它的销售策略是，给用户一个模块和求解器菜单，每个模块都有单独的价格，然后让用户来选择。用户发觉，很难事先决定他们要买哪些求解器和模块。而Fluent的打包出售策略，就非常吸引人，尤其对于投资新的技术方向的使用者来说，这种策略通常效果更好。

第一届Fluent研讨会，实现了80%的成交

Patel将最早的市场聚焦在了燃烧和燃气透平机械上，从而避开了与CHAM直接激烈竞争。他要求Boysan和Ayers增加物理模型，让软件能够处理液滴、颗粒的运动，并且把这些模型整合到交互式的用户界面中。

Patel做了巨大的市场努力。1983年，他邀请Creare燃烧技术背景的客户参加研讨会。Fluent准备了一个参会手册，并且分发给那些客户。Patel请参会者预先提交测试问题，然后在研讨会中Fluent提供测试结果。意识到多数参会人员是没有购买决定权的工程师后，他制作了一个适合让工程师向他们的经理充分展示软件能力的视频。大约40个用户参加了这次研讨会。参会期间，与会者达成了价值15万美元的软件订单，其中的80%最终成交。

随后，Patel趁热打铁，雇佣了第一个正式员工来处理技术支持问题，他让技术支持团队聚焦于如何帮助用户使用Fluent获得成功。这种方法加深了客户的忠诚度，把技术支持作为眼睛和耳朵去观察、聆听客户的需求，从而更有效地探索下一阶段的技术路线以及竞争对手的信息。

不断完善的Fluent

Fluent建立了多个工业领域团队，每个团队聚焦在一个特定的工业领域去销售Fluent。这些团队内部本身包含了多个职能，例如，销售、市场、客户支持和咨询。他们被置于一个单独的利润单元下管理。早期的团队领导在开发利润丰厚的业务方面，获得了大量的经验，他们中的许多人后在Fluent或其它领域取得了成功的职业发展。

整个1980年代，Boysan和Ayers都呆在了谢菲尔德，做了大量的开发工作。一旦遇到问题，Patel就会给Boysan打电话。有时，甚至在午夜Boysan也会起来试着找出到底是哪里出了问题。

与此同时，Patel非常注意跟大学的关系。一开始就以较低的价格向大学提供软件，与那些重要的教授建立良好的关系，在招募优秀学生方面获得了院校的大量帮助。他专注于招募那些对CFD有激情的天才人物，候选人通常要经历长达一天甚至更长时间的面试。

早期的关键性招募包括来自于明尼苏达大学的Dipankar Choudhury（他在2006年Ansys收购Fluent前，担任Fluent的CTO），现在是Ansys的研发副总裁。还有来自于康奈尔大学的Wayne Smith，他领导了Fluent的非结构化网格CFD求解器，后来加入了西门子PLM软件的CD-adpco，成为其高级软件研发副总裁。还有来自于爱荷华大学的Zahed Sheikh，他领导了Fluent的早期销售团队，后来成为Flomerics的执行官。

Keith Hanna描述了1989年他作为年轻的研究员在位于提赛德的英国钢铁公司的经历。公司当时需要从后来的几个通用CFD的市场的领导者中做出选择，包括：CHAM的Phoenics、Computational Dynamics的Star Cd和 Fluent。在他的博客中，Hanna说到：

“尽管当时Spalding被看成CFD领域的伟人，而且英国钢铁公司的专家们非常敬畏他。但是，Phoenics的架构是一个斯波尔丁称为行星和卫星系统的多代码架构，代码之间需要大量的脚本。而Fluent集成了几何引擎、网格生成器、求解器和后处理。尽管整体看当时它的功能少于Phoneics，但在当时简单应用和用户体验对潜在用户产生了巨大的影响。最终我们选择了Fluent。Phoenics当时只能以批处理的方式运行，而我们喜欢的是可以随时在迭代的过程中停下Fluent，观察流场。”

从结构化到非结构化网格

早期的Fluent代码是一个正交网格程序, 这意味着，网格不能应用到任意的CAD几何上面, 在曲面边界上不得不简化为阶梯状。在进行了一些尝试以后，Fluent终于在90年代早期开发了一个适体版本。

当时，Fluent的另外一个限制是，它必须使用结构化网格，这种网格在生成时非常耗费人力。并且，不适合模拟复杂的几何，在捕捉流动的物理方面也不够高效（当时Fluent已经开发出了结构化的适体网格，但这种技术的通用性和易用性仍然在实际中受到挑战）。

Fluent的创始人们做了很多大胆的决定，其中一个是决定不再追求块状的结构化网格。在90年代早期，Fluent是一个单块网格代码，而当时竞争对手已经提供了多块网格解决方法，在网格方面这种方法要灵活得多。尽管当时市场上有非常大的压力，推动Fluent开发多块网格技术，但管理层决定跳过这种技术，直接开发自动化的非结构化网格技术。在当时，这种技术很大程度上还没有被证明。这个明显的风险决策，带来了后来的自动化非结构化网格，最终使Fluent成为行业领导者。

另一个Creare雇员，Wayne Smith开发了可以在求解过程中自适应的非结构化网格CFD求解器，例如在大梯度区域增加网格的密度。完成该项目后，Smith和他的团队迁移到了Patel项目组里，开始为一个新软件的商业化工作。他们最终的成果就是，Tgrid四面体网格生成器（Fluent Meshing的前身）和Rampant求解器（熟悉Fluent的Scheme语言的读者应该知道rpsetvar/rpgetvar等指令，其中的rp指的就是Rampant），后者专注于航空航天领域的高马赫数可压缩流动。

由于Rampant局限在相对较小的应用领域里，原来的结构化网格Fluent代码在1990年代早期始终是公司的旗舰产品。而在1991到1993期间，Rampant获得了几个重要的技术进步，这些进步将被证明对Fluent未来的发展将至关重要。其中包括客户端服务器Cortex架构的引入，域分解并行技术，以及针对不可压流动问题、利用代数多重网格技术的压力基有限容积方法。

1994年，这个版本作为Fluent/UNS 1.0被投入市场。这一年稍后，Jaythi Murthy（当时他领导着Fluent的研发团队），和Sanjay Mathur花了几个星期的时间重写了Fluent/UNS，把它变成了一个在方法和物理上，对于绝大部分的CFD问题更加高效的有限容积代码。1995年, 这个代码作为Fluent/UNS3.2公开发布。Murthy后来继续在象牙塔中大放异彩，他目前是加利福尼亚大学洛杉矶分校的工程系主任。

而Rampant和Fluent/UNS在未来的数年里继续同时存在，直到1998年，他们被合并成了一个单一软件，也就是Fluent 5。

Fluent 5迅速成为了旗舰产品，原来的结构化网格Fluent代码被终止开发了。所有主要的CFD功能方法都被集成在了一个单一软件里面，包括适用于所有流动问题的非结构化网格方法，以及带有简单易用的交互式用户界面、可以在并行超级计算机或者是SGI、Sun和惠普新一代的工作站集群上运行的客户端-服务器架构。

Fluent & Ansys

1991年,Fluent脱离了Creare公司，Creare只保留少数股权。Patel接触了好几家投资银行, 希望能够获得资金支持买断Creare的股权，把公司带入下一个发展阶段。尽管Fluent当时已经可以产生数目可观的现金流，但银行无意于进行收购。这个时期，Patel正好和Aavid Thermalloy的CEO在一起打高尔夫球，Aavid Thermalloy是位于新罕布什尔的专门为电子设备生产散热器的一家公司。正好Aavid当时也在寻求资金支持，所以Fluent和Aavid进行了合并。1996年1月，合并后的公司进行了IPO，这样，Creare的股权被最终买断，新的公司也获得了扩张所需要的资金。

之后，Fluent收购了一些富有竞争力的CFD软件公司，来获取他们的技术和技术团队。包括通用CFD软件Fidap 和Polyflow ，后者专门处理层流粘弹性流动。这是一个快马加鞭的时期，Fluent销售额从1995年的八百万美元，快速增长到2004年的1亿美元。

2006年5月，Fluent被Ansys收购。Ansys那时业务主要是固体结构力学，两家公司在营收上几乎一样，Fluent的加入，使得Ansys如虎添翼。

斯波尔丁教授是业界公认的CFD工业之父，一次，他非常直白地说明了Ansys Fluent在CFD行业的影响力。他说，他成立的CHAM公司向世界展示了流体动力学问题可以在计算机上进行求解，而Fluent，证明了工程师可以用这个软件求解真实世界的问题。

他的表述再次肯定了Fluent最初就设定好并一直为之努力的目标——为工程师们提供一个交互式的软件，并且向他们提供强大的技术支持，“使工程师们无需耗时耗力的代码开发，就可以应用先进的计算机仿真方法去分析求解实际的设计问题（摘自1983年Fluent产品手册）”

译者的话：
2019年，是Fluent诞生的40周年。能够成为一款对行业影响深远的成功软件，除了深厚的技术和经验沉淀，还需要那份最难于坚持的初心。翻阅Fluent的历史，可以看到其几个创始人都是普通学生，当时他们的目的就是想把CFD软件商业化、普及化。后来在得到企业资助后，Fluent也始终保持着“为工程师们提供一个交互式的软件，向他们提供强大的技术支持”的初衷。Ansys Fluent的发展历程，也可为CAE行业从业人士提供一些参考。

相关资料：

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来源：Bill Kulp，马世虎译。Bill Kulp曾是Ansys资深高级产品经理，为Ansys/Fluent服务的时间超过20年，于2020年从Ansys退休。

注：原文发表于http://NAFEMS.org，文中有删节。翻译此文时，译者参考了其它文章和信息，添加了附注和部分图片，因此与原文略有出入。

参考资料：https://www.nafems.org/publications/resource_center/bm_apr_19_1/