三大主流CFD/CAE仿真軟件(Fluent、StarCCM+、Ls dyna)求解計(jì)算分析，以及工作站硬件配置推薦
Fluent、Star-CCM+和LS-DYNA這三個是非常突出的CFD/CAE仿真計(jì)算工具軟件，其中Fluent作為CFD領(lǐng)域的常用工具，主要用于流體相關(guān)的模擬，比如湍流、傳熱、化學(xué)反應(yīng)這些。它的求解器分壓力基和密度基，適用于不同流速情況。計(jì)算架構(gòu)方面，Fluent主要依賴CPU多核并行，現(xiàn)在也開始支持GPU加速，但可能主要用在特定求解器上。硬盤方面，瞬態(tài)計(jì)算對IO要求高，穩(wěn)態(tài)可能好一些。Star-CCM+也是多物理場仿真軟件，流體、結(jié)構(gòu)、電磁都能做。它的求解器是統(tǒng)一架構(gòu)的，不像Fluent分那么細(xì)。并行計(jì)算同樣靠CPU多核，GPU加速功能比較新，可能支持有限。硬盤方面，用戶提到復(fù)雜模型和瞬態(tài)分析需要大容量高速存儲，尤其是checkpoint文件，這點(diǎn)和Fluent類似。最后是LS-DYNA，顯式動力學(xué)領(lǐng)域的標(biāo)桿，擅長沖擊、爆炸這類瞬態(tài)問題。求解器分顯式和隱式，顯式為主。計(jì)算方面，CPU多核并行成熟，GPU加速在顯式求解上效果顯著。硬盤方面，因?yàn)樗矐B(tài)數(shù)據(jù)量大，需要高速IO，特別是重啟文件。
下面我們詳細(xì)分析一下Fluent、STAR-CCM+和LS-DYNA這三個主流的工業(yè)仿真軟件的核心計(jì)算領(lǐng)域、求解器架構(gòu)以及硬件資源利用方式（CPU/GPU/硬盤）。
核心計(jì)算領(lǐng)域概覽
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主要計(jì)算領(lǐng)域 |
仿真范圍 |
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1 |
ANSYS Fluent
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計(jì)算流體動力學(xué)領(lǐng)域的標(biāo)桿軟件。專注于流體流動、傳熱、化學(xué)反應(yīng)、多相流（氣液、氣固、液固等）、流固耦合（通過System Coupling或MFX）、旋轉(zhuǎn)機(jī)械、氣動聲學(xué)、電池?zé)峁芾?/b>等 |
幾乎所有涉及流體或與流體相互作用的物理現(xiàn)象都是其強(qiáng)項(xiàng) |
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2 |
Siemens Simcenter STAR-CCM+ |
一個強(qiáng)大的多物理場仿真平臺。核心同樣計(jì)算流體動力學(xué)，在汽車外氣動、熱管理、船舶海洋工程、電子散熱等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。 |
提供與Fluent類似的流體、傳熱、多相流、化學(xué)反應(yīng)等功能。但其獨(dú)特優(yōu)勢在于原生集成了固體力學(xué)（結(jié)構(gòu)應(yīng)力/熱應(yīng)力）、電磁學(xué)（低頻）、粒子動力學(xué)等求解器，可以在同一個模型、同一個界面、同一個求解器內(nèi)核中進(jìn)行真正的緊耦合多物理場仿真（如共軛傳熱CHT、流固耦合FSI、電-熱-流體耦合等） |
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3 |
LS-DYNA |
顯式動力學(xué)領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者。核心是瞬態(tài)、高度非線性、涉及大變形/大應(yīng)變、材料失效、接觸碰撞的物理問題。最著名的應(yīng)用是汽車碰撞安全、乘員保護(hù)、跌落測試、金屬成型（沖壓、鍛造）、爆炸與沖擊動力學(xué)、鳥撞、流固耦合（ALE, SPH, DEM）。 |
擁有強(qiáng)大的隱式求解器用于靜態(tài)/準(zhǔn)靜態(tài)問題、模態(tài)分析、熱傳導(dǎo)等，但其顯式求解器是其標(biāo)志性優(yōu)勢 |
求解器架構(gòu)與硬件利用方式 (CPU/GPU/硬盤)
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特性 |
ANSYS Fluent |
Siemens Simcenter STAR-CCM+ |
LS-DYNA |
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主要求解器類型 |
- 壓力基求解器 (Pressure-Based): 適用于不可壓、弱可壓流 (低速)。 |
單一集成求解器架構(gòu)： 所有物理場（流體、固體、電磁等）使用同一個底層求解器框架。通過激活不同的物理模型來選擇計(jì)算內(nèi)容。高度集成是其核心設(shè)計(jì)理念。 |
- 顯式求解器 (Explicit): 核心優(yōu)勢，用于瞬態(tài)動力學(xué)、沖擊碰撞、爆炸等。時間步長小，計(jì)算密集。 |
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并行計(jì)算基礎(chǔ) |
CPU 多核并行 (MPI): 絕對主力，高度優(yōu)化。支持大規(guī)模集群計(jì)算（數(shù)千至上萬核）。 |
CPU 多核并行 (MPI):絕對主力，高度優(yōu)化。原生設(shè)計(jì)支持大規(guī)模并行。對硬件資源管理優(yōu)秀。 |
CPU 多核并行 (MPI):顯式和隱式求解器均高度依賴MPI并行。大規(guī)模并行能力極強(qiáng)（數(shù)萬核）。 |
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GPU加速支持 |
支持 (不斷發(fā)展中): |
支持 (相對較新): |
強(qiáng)力支持 (業(yè)界領(lǐng)先): |
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硬盤讀寫要求 |
高要求，尤其瞬態(tài)模擬： |
極高要求，尤其瞬態(tài)多物理場： |
極高要求，尤其顯式瞬態(tài)分析： |
總結(jié)
1.計(jì)算領(lǐng)域:
Fluent: 專注強(qiáng)大的CFD及其相關(guān)領(lǐng)域（傳熱、多相流、反應(yīng)流）。
STAR-CCM+: 強(qiáng)大的CFD + 原生集成的多物理場（結(jié)構(gòu)、電磁等），一體化平臺是特色。
LS-DYNA: 顯式瞬態(tài)非線性動力學(xué)（碰撞、爆炸、成型）之王，也有強(qiáng)大的隱式求解器。
2.求解器:
Fluent: 分壓力基/密度基/耦合壓力基。
STAR-CCM+: 單一集成架構(gòu)求解器處理所有物理場。
LS-DYNA: 分顯式（主力）和隱式求解器。
并行計(jì)算主力:
三者都高度依賴且優(yōu)化了CPU多核并行計(jì)算（MPI）。這是處理大規(guī)模工業(yè)問題的基石。
GPU加速:
LS-DYNA (顯式) 的GPU加速最成熟、高效且應(yīng)用廣泛，性能提升顯著，是重要生產(chǎn)工具。
Fluent 的GPU加速在不斷發(fā)展，支持特定模型/求解器部分，作為CPU的補(bǔ)充加速，提升幅度因模型而異。
STAR-CCM+ 的GPU加速相對較新，支持范圍和性能提升仍在演進(jìn)中，目前也主要作為CPU的補(bǔ)充。
硬盤要求: 三者對硬盤都有很高要求，尤其是進(jìn)行大規(guī)模瞬態(tài)模擬時。
STAR-CCM+ 由于其原生多物理場特性，在瞬態(tài)多物理場模擬中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量通常最大，對IO帶寬和容量要求極高。
LS-DYNA 顯式瞬態(tài)分析由于時間步數(shù)量巨大，對硬盤的IOPS（每秒讀寫次數(shù)） 要求最為嚴(yán)苛。
Fluent 瞬態(tài)CFD同樣對IO和容量要求很高。
解決方案： 高性能NVMe SSD（本地或通過高速網(wǎng)絡(luò)訪問）或?qū)ｉT的高性能并行文件系統(tǒng)是處理大型工業(yè)模擬的必備基礎(chǔ)設(shè)施。普通機(jī)械硬盤（HDD）在大規(guī)模計(jì)算中會成為嚴(yán)重瓶頸。
2025年最新fluent流體仿真算法特點(diǎn)、求解器分析及工作站硬件配置推薦
http://www.jiu-hong.com/news/html/?2944.html
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