仿真学习 | Fluent版本迭代一览及选择指南

在计算机辅助工程（CAE）领域，软件版本的更新迭代，影响了工程师的工作效率、工作习惯和仿真精度，“如何选择软件版本”也永远是摆在每个初学者面前的第一个难题。

计算流体动力学（CFD）领域的领军软件Fluent，在过去五年中进行了多次更新，每个版本都各有侧重地进行了性能、功能、界面等不同纬度的优化。本文将系统地探讨Fluent近五年的重大版本变迁，重点解读每次升级带来的技术创新、功能差异、性能优化，及这些变化对用户的实际使用体验产生的影响，以帮助同行们在选择和使用CFD工具时，按需做出更明智的决策。

01 Fluent各版本迭代差异

2019R1 重点更新

1. 用户体验

新的开始页面提供对用户最近使用文件的快速访问及链接；
允许使用表达式指定边界条件和源项；
计算过程中有新状态栏；
支持各种操作的拖放；
对象定义可导入 / 导出；
可编辑表面定义；
文本命令自动完成；
用户界面可使用日语。

2. 瞬态求解器改进

基于 CFL 条件的自适应时间步进、LES 模拟的 NITA 加速、变密度流动优化、混合湍流 Rans 更新、基于流动时间间隔的监测。

3. 共轭传热

流体域与固体域之间默认映射方法改为隐式映射。

4. 辐射模拟

改进扩大蒙特卡罗辐射法在照明和光学系统中的应用，提高计算效率，可在内部半透明耦合壁面上指定非零扩散分数，太阳荷载模型可与蒙特卡罗模型一起使用，允许计算网格中包含完全重叠的映射非保形网格 interface。

2020R1 重点更新

1. 文件

用户可以在ANSYS Fluent与Funcitonal Mock-up Unit（FMU）文件之间实现联合仿真。

注：FMU 是 FMI 建模的文件类型，常用于系统仿真建模中

2. 用户体验

用户可以通过选择图形窗框中的边界快速设置边界条件；
重新设计了创建平面的 Plane Surface 对话框，使其更易于使用；
改进了 Point Tool 对话框，允许用户快速且容易地在图形窗口中识别所需的目标点的位置；
改进了 Fluent 启动界面；
用于设置残差标准的 Residual Monitors 对话框进行了简化；
用户可以选择指定一个空闲超时，当空闲时间达到设定值时，ANSYS ∙ FLUENT 会话将关闭；
ANSYS Fluent 界面目前已包含中文版与韩文版；
模型树中某些操作的慢 / 不响应问题已经修复，现在用户可以在图形窗口中利用 shift + 拖动鼠标左键来框选多个对象。

2021R1 重点更新

1. 文件读写

Workbench 中的 Fluent 在新版本中默认使用通用流体格式（CFF），新文件格式拥有比旧版更好的性能；
导出为Common Fluid Format-Post的与单元相关的数量时，仅导出单元中心的值；
默认情况下 CGNS 导出 HDF5 格式的求解数据，可在 Windows 计算机上导出单文件容量大于 2GB 的文件；
无论是 HDF5 还是 ADF 格式，导出 CGNS 结果数据都要快得多；
以 CDAT for CFD-Post 和 EnSight 格式导出的结果数据将始终包括传统 (.cas) 格式的 case 文件；
在图形用户界面 (GUI) 中运行 Fluent 时，具有多个区域的 case 文件的读取和写入速度更快；
默认通用流体格式 (CFF) 的数据文件读取速度更快。

2. 用户体验

可以在单个图形窗口中嵌入一个或多个图形窗口，以创建用于监控求解进度的图表；
深色主题为Fluent提供了一种现代的外观；
ANSYS Fluent支持在4K监视器上渲染；
Fluent 智能处理图形窗口。

3. 通用功能

新版本对图形窗口工具栏进行了重新组织；
直接在图形窗口中显示剪切平面，并同时显示剪切平面的空间坐标轴，用户可以直接在图形窗口中操纵剪切平面；
网格划分和网格更新过程中，在 Fluent 窗框底部会显示相关消息与进度条；
新版本中可以读取和写入通用流体格式（.msh.h5）的网格文件；
新版本中可以使用 +/- 图标来显示 / 隐藏高级选项；
几何区域将不再使用 “geom-” 前缀，转而使用 “origin-” 前缀；
几何标签将不再使用 “object” 前缀。

2022R1 重点更新

1. 前处理

前处理性能提升，针对含有大量计算域的问题，在各种命令执行、图形显示以及读写方面都有全面改进，对于含有 10000 个以上计算域或边界的问题，速度可提升 5-6 倍。

2. 部件替换

容错几何网格流程中增加部件替换选项，可增加、移除或替换模型中的几何对象，无需对整个模型重划网格，功能支持所有类型网格，能在面网格和体网格两个级别实现部件替换。

3. 后处理

添加边界层任务增加后处理方法，当相邻计算域之间边界层分辨率不同时，可选择 Continuous 非一致连接，改善边界层区域厚度一致性。

4. 表达式

表达式功能增强，可使用 Reduction Function 获取自定义面上的数据，若模型中包含多孔介质域，同样适用。

解决需求痛点：提升复杂模型的处理性能，使设计变更迭代更加高效，改善边界层过渡问题，增强表达式功能。

2023R1 重点更新

1. 性能优化

在其经过验证的求解器基础上改进工作流程，同时不会影响准确度，实现了全新的 ANSYS Fluent 用户体验。ANSYS Fluent 的完整单窗口解决方案可加速和简化每个仿真步骤；
基于任务的并行处理工作流程现在可用于生成支持 Mosaic 的 Poly-Hexcore 网格，最高可实现 10 倍提速，这样用户就能在更短的时间内完成更多仿真；
可缩短仿真求解时间，应对氢价值链中的可持续性挑战，并构建自定义工作流程。fluent multi - gpu 求解器可减少仿真求解时间、硬件成本和功耗。

2. 功能扩展

支持额外的求解设置和物理特性，在 PyFluent 的扩展方面取得进展，实现更深度的自动化和整合，针对 Fluent 2023 R1 引入的参数化设计优化和形变能力，性能和报告方面都进行了改进；
License Pro 版本中现在可以进行瞬态模拟。Aero 模块目前只能在Enterprise 版本中使用。