學習目标與路徑
仿真要基于工(gōng)作中(zhōng)碰到的問題學習,保證多數學習的内容可以短期内用得上,而不是學完了就忘了。對于學習目标,應該是通過XX軟件分(fēn)析XX問題,而不是簡單的學會XX軟件。例如學會通過Fluent分(fēn)析飛機的升力和阻力, 而不僅僅是學會Fluent。
Fluent軟件廣泛應用于汽車(chē)、航空、化工(gōng)、建築、電(diàn)子等諸多領域,可處理包括湍流、傳熱、燃燒、相變、氣動噪聲等諸多問題,完全學會各種可涉及的仿真既不現實也沒必要。初期入門應該着重于在一(yī)個基礎問題上深挖,做精做好,然後再逐步在相近領域上擴展。
仿真不可能通過看幾本入門書(shū),讀幾篇文章,做幾個練習案例,或者找幾個大(dà)牛指點下(xià)立刻精通。這中(zhōng)間需要探索與嘗試,循序漸進,從能夠做出看起來合理的結果,逐步成長到做出精确的結果。
1 理論基礎學習
1.1 學習路徑
雖然Fluent軟件通過流程化的工(gōng)作界面以及大(dà)量内置的各種參數與默認設置,已經極大(dà)的弱化了理論知(zhī)識的要求,但是了解理論很多時候還是必要的。完全不懂理論知(zhī)識,仿真能力就隻能始終停留于低層次,不可能進一(yī)步提升。
理論知(zhī)識學習,最重要的是了解自己要處理的問題所涉及的物(wù)理機理相關内容。如果之前缺乏背景知(zhī)識,至少對于重要的概念、方程、物(wù)理模型等有必要掌握物(wù)理含義,了解不同概念之間的聯系。
不少文章、言論等說做仿真需要懂這個會那個,而且各個方面都是要求到專家到博士的層次,從而引發學習者的焦慮和自我(wǒ)懷疑。這個實屬沒有必要。人腦有極限,實際的時間和精力也是有限的,不可能記得住更不可能搞得懂那麽多。
入門CFD,如果确實之前沒有學習過流體(tǐ)力學,需要對以下(xià)流體(tǐ)力學的基礎知(zhī)識點進行定性的了解,知(zhī)道一(yī)些概念:
流體(tǐ)力學的研究對象、流體(tǐ)的屬性
l幾個重要方程(連續性、動量、能量、RANS)的基本物(wù)理背景
l湍流的基本知(zhī)識、流場的結構、湍流數值模拟方法
對于數值計算,建議了解以下(xià)概念:
l網格的概念、單元類型與質量
l幾種常用的邊界條件及其搭配方式(入口、出口、壁面等)
l時間步長、叠代次數、計算收斂判定依據
例如做建築物(wù)風載荷仿真,至少幾種常用的湍流模拟方法(LES、RANS、DES)的優缺點和适用場景能夠定性描述,空氣粘度,邊界層等概念有所了解并清楚含義,并能夠在仿真中(zhōng)判斷計算是否收斂。
1.2 理論學習資(zī)料
基礎知(zhī)識學習最常用也最系統的方式就是各類基礎課本,主要是流體(tǐ)力學基礎教材和傳熱學基礎教材。後續可根據個人情況再适度補充數值計算相關的基礎概念,以及實際工(gōng)作所涉及的多相流、燃燒、聲學等相關的知(zhī)識點。
公司有内部自己精煉過的系統化理論知(zhī)識資(zī)料,有需要的客戶可聯系我(wǒ)們。
優秀的理論入門資(zī)料,應該能夠通俗易懂的解釋各類概念,又(yòu)能講清楚各個概念之間的聯系、區别,學習後可形成系統化知(zhī)識體(tǐ)系。
課本學習的重點應該是了解物(wù)理過程和數學思想,練習題可忽略。也不建議專門花很多時間對教材後部的内容進行深入詳細的學習。部分(fēn)教材的高級内容還是利用數學技巧求某些特定問題的解析解,根本不适合于現代數值計算的思路,更不建議進行學習。
2 軟件操作學習
2.1 學習目标
軟件操作學習,核心在于貴精不貴多,不是各種操作掌握得越多就越優秀。初期入門要專注于自己常用的具體(tǐ)幾個功能,實際工(gōng)作中(zhōng)能夠獨立操作解決問題,忌諱貪多求大(dà)。不建議入門階段花時間詳細了解算法和程序實現,以及UDF(user-defined function)等需要複雜(zá)二次開(kāi)發的内容。
部分(fēn)功能對于提升工(gōng)作效率、防錯等方面非常又(yòu)幫助,可以進行學習和掌握。Fluent中(zhōng)典型如通過參數化和表達式定義邊界條件。
例如學習通過Fluent仿真風扇的氣動噪聲,合理的學習路徑爲:
l湍流仿真流程走通,得到湍流仿真結果
l基于湍流仿真的基礎,能夠實現氣動聲學的仿真
l總結仿真流程,固化和參數化輸入和輸出數據
軟件版本選擇要跟上時代,用最新或者較新的版本,不要迷信所謂“版本經典”、“老版本穩定成熟”等說辭。版本更新所帶來的新功能、界面優化、問題修複等,也是開(kāi)發商(shāng)對用戶在使用老版本過程中(zhōng)提出的各類需求、問題的響應。
對比最新版(目前是2022R2)和多年前的老版本(例如15.0),會發現軟件在計算效率、界面設計、功能擴展等方面均實現了加強。
2.2 軟件學習資(zī)料
現在的環境中(zhōng),學習資(zī)料非常多。核心點在于不要碎片化學習,更不應該做資(zī)料收藏家。仿真的學習需要理論結合實際,系統化的由淺入深。
軟件相關的資(zī)料不僅有開(kāi)發商(shāng)自己的軟件幫助文檔、培訓教材等第一(yī)手資(zī)料,各類網站、微信公衆号、書(shū)本、培訓課等渠道的第三方資(zī)料同樣一(yī)大(dà)把。
軟件學習資(zī)料主要分(fēn)爲以下(xià)幾類:
l介紹性資(zī)料:宣傳介紹在XX行業的成功客戶、應用案例等
l純操作教程:講解某個簡單案例的相關操作步驟
l系統化培訓資(zī)料:系統化講述某類問題的仿真過程、注意事項等
公司内部有系統化的Fluent入門培訓材料,有需要的客戶可聯系我(wǒ)們。
ANSYS官方也有相當多的各種資(zī)料可供學習研究:
lANSYS Help(幫助文檔),既有軟件操作相關内容,也有理論知(zhī)識講解,無論初期入門還是後期深入,都是必備資(zī)料
lTutorial(教程案例),可在ANSYS官網自行下(xià)載,了解某一(yī)類問題的特定做法,并熟悉軟件基礎操作
lANSYS Learning Hub(ANSYS學習中(zhōng)心,需付費(fèi)),包含系統詳盡的各類課程,以及學習提升路徑指引,可深化對仿真的理解
不建議使用年代太久遠的資(zī)料,因爲不少曾經的常用做法,随着硬件能力提升、軟件功能更新等因素,變得不再适合現階段的仿真。
典型如結構化網格,過去(qù)會因爲節約硬件資(zī)源且結果準确性夠用,而被廣泛應用。如今因爲硬件能力提升、軟件代碼優化後可容忍更低質量單元,以及對網格劃分(fēn)人工(gōng)效率要求的提高,在多數領域已被非結構網格(多面體(tǐ)網格等)取代。
3 入門提升
3.1 行業知(zhī)識
行業知(zhī)識,可分(fēn)爲應用場景和行業标準兩類。
應用場景的主要關注點,決定了仿真的需求。對于行業中(zhōng)仿真涉及較多的重要場景一(yī)定要深入了解其物(wù)理過程,理解仿真設置背後的原因。同時也要比較不同仿真設置下(xià)的結果誤差。
通常,應用場景層面的了解,可利用5W分(fēn)析法進行分(fēn)析:
lWHAT:發生(shēng)了什麽問題?
lWHO:這個問題涉及到哪些人?
lWHEN:這個問題發生(shēng)在什麽時候?
lWHERE:這個問題發生(shēng)在什麽地方?
lWHY:爲什麽要處理這個問題?
不少行業針對特定應用場景,有行業标準對設計性能指标、實驗方法等進行詳細規定,更需要深入學習,做到仿真的設置有理有據。
例如AMCA 210标準爲事實上的風扇性能評估的國際标準,詳細描述了風扇的性能指标計算公式、測試方法等,對于風扇類仿真的學習,需要進行詳細了解。
3.2 學術資(zī)料
高水平論文是一(yī)種非常推薦的資(zī)料,特别是年代較近的論文更應該仔細閱讀,詳細了解背景、步驟、結果及其評判等。
論文包括期刊雜(zá)志(zhì)論文(小(xiǎo)論文)和碩博畢業論文(大(dà)論文)兩類。優先推薦大(dà)論文,因爲包含的細節、注意事項等更多更細,了解軟件操作後,基本上照着大(dà)論文中(zhōng)的步驟能夠做出來類似的結果。高水平期刊的新論文可以經常性訂閱和關注,以了解行業動态和先進做法。
對于總結(review)和展望(prospect),可以多閱讀以了解問題的來龍去(qù)脈,了解前人的研究成果,明晰未來發展方向。
4資(zī)源支持
4.1硬件條件
硬件配套水平直接決定了仿真的水平。優越的硬件條件可以支持更複雜(zá)的仿真,也能夠節約時間用于結果評估等工(gōng)作,而不是把時間都耽誤在模型過度簡化、漫長的計算等待等無價值事務上。
4.2同行交流
閉門造車(chē)式的獨自學習是低效的。很多細節問題可能在學習資(zī)料上沒涉及,從而遲遲難以解決。但是經過其他人的幾句話(huà)提示,就能受到啓發,甚至于不少問題就是被他人解決過的相同問題。
加入專業交流社群、擇優參加一(yī)些研讨會等市場活動,可以加強和其他同行的交流探讨,了解行業動向、發展趨勢等信息。ANSYS原廠會不定期發布各類市場研讨會信息,可以通過微信公衆号等渠道加以關注。
5 後記
仿真屬于高門檻高上限的工(gōng)作。入門和提高沒有捷徑,多學習、多實踐、多思考總結是必不可少的。
行業的專業英語詞彙一(yī)定要認真背誦掌握,非常有助于看各種資(zī)料。畢竟,英語還是如今的世界通用語言,也是各類專業技術領域第一(yī)語言。