隨著工程公司在設計過程和整個產品開發過程中越來越多地使用仿真，對仿真資源的需求已經擴大。這給許多公司的IT基礎設施帶來了負擔，也讓小公司在沒有自己的高性能計算(HPC)資源的情況下，苦苦尋找運行更復雜模擬的方法
基于云的模擬正逐漸成為這兩個問題的解決方案。根據透明市場研究公司的數據，2016年基于云計算的模擬市場達到了33億美元，預計到2025年將有11.4%的復合年增長率，達到85億美元——這比模擬市場的整體增長率要快。
根據ANSYS產品管理總監Todd McDevitt的說法，基于云計算的模擬的需求正在增長，特別是在過去的一年中，因為公司在模擬方面尋求更多的彈性。企業也在尋找在需求高峰期間無需投資額外硬件或軟件許可的突發能力。
McDevitt表示:“客戶可能擁有某種形式的本地高性能計算基礎設施，但他們希望減少排隊時間，或者他們正在經歷硬件上的刷新周期，希望從這些資源中轉移工作負載。”“但它通常始于強烈的需求。”
因此，傳統的模擬服務提供商開始向云計算領域拓展，而只使用云計算的新初創公司也開始在市場上嶄露頭角。
SimScale首席執行官大衛?海尼表示:“現在圍繞云工程軟件有一個受過良好教育的市場。“大型供應商已經在提供云解決方案方面邁出了步伐，所以業界對這種方式更加熟悉。”
基于云的模擬的吸引力因單個公司的現有投資而異。西門子PLM軟件公司模擬產品營銷總監拉維?尚卡爾表示:“如果他們已經在現有硬件上進行了投資，那么進軍云計算的動力就不會那么強大。”“當(企業)購買新硬件時，云計算選項變得更加有趣。他們可能有更大的模型，希望利用更好的處理。”
云計算使得NX Nastran汽車車身模型能夠通過在大量核上進行并行處理而有效地進行模擬。圖片由西門子PLM軟件提供。
OnScale公司首席執行官伊恩?坎貝爾(Ian Campbell)表示，排隊獲取現場高性能計算資源的瓶頸是OnScale公司成立的動力。他解釋說:“傳統CAE技術成本太高、風險太大、速度太慢。”“每個工程公司都會經歷工程工作負載的循環，但現有的CAE模型的工作方式是，你有可變的工作負載和一個固定的計算機基礎設施，不能滿足這些工作負載的規模。如果需求超過供應，你就是在浪費時間等待準入。如果供過于求，你就是在浪費預算和資源。”
“模擬負載永遠不會穩定，”海尼說。“你有高峰需求。在云上，如果你想在100個核上運行20個模擬，它就在那里。你只要運行它。你不需要和供應商討論獲得突發許可證的問題。而像《SimScale》這樣基于云計算的解決方案則是一種開箱即用的方法。”
模擬提供商對他們的云產品采取了略微不同的方法。創建SimScale是為了在云中提供結構、機械、流動和熱模擬，以及一些多物理模擬。該公司的平臺可以與其他設計工具集成，從根本上支持大多數通用的交換格式。“在SimScale中產生的所有東西都可以下載并用于另一個求解器，”海尼說。
SimScale還提供了一個免費的社區計劃，可以用于開源和業余項目。專業的定價水平是針對專有項目的，包括無限的數據存儲、加密和實時支持。企業級用于多用戶和對計算要求更高的模擬。
社區計劃向其他成員公開項目。海尼說:“在相同的軟件和社區中，在模擬中分享這一技術變得更加激烈和有效。”“這個產品中包含了協作。”
該公司的目標客戶是新模擬。海尼說:“我們的方法是讓模擬更容易獲得。”基于云的模擬不僅降低了進入成本，而且還可以實現更大程度的協作。“您可以與其他涉眾實時協作，他們都可以實時查看相同的模擬項目，”海尼說。“我們還利用數據科學實現了一些工作的自動化，而這些事情在桌面領域是不可能實現的。”
ANSYS與自己的云托管網絡合作伙伴密切合作，優化其產品運行在他們的基礎設施上，以確保通過他們的數據中心的可靠可用性。“我們確保我們的解決方案和我們的產品是ro
移動流線顯示氣流圍繞一輛雪佛蘭導線渲染使用逼真的光線追蹤。使用ANSYS Ensight可視化。圖片由ANSYS和通用汽車提供
McDevitt說:“我們可以在新的GPU實例和其他高性能計算架構上實現并行化。“我們也不會強迫客戶采用某種特定的商業模式。我們的客戶可以將付費許可帶到云端并在那里使用，我們已經引入了一個基于使用的許可系統。”
西門子主要通過與Rescale合作提供基于云的模擬，提供NX Nastran、Simcenter 3D和Star CCM+的訪問。客戶可以通過Rescale購買完全基于軟件即服務(SaaS)的許可證，也可以從西門子購買傳統許可證并使用Rescale來托管軟件。
Shankar說:“我們的理念和戰略是，在客戶與我們提供的軟件解決方案互動的方式方面，提供盡可能多的靈活性。”“云模式又增加了一層靈活性。”
他說，公司計劃最終提供針對云計算的原生解決方案。
“對云的需求各不相同，”尚卡爾說。“這不是我們目前業務的主要部分，但我們正在確保為需要它的客戶準備好一切，我們預計未來會有增長。”
OnScale免費提供軟件(每月10個核心小時)，并利用亞馬遜網絡服務(AWS)作為其計算平臺。“用戶不必為每個座位支付那么多錢。這項服務是在訂閱的基礎上出售的。”
OnScale瞄準的是其他模擬公司所忽視的市場，比如物聯網(IoT)組織，這些組織不一定能獲得滿足他們需求的工具。OnScale公司聲稱，由于能夠在AWS上獲得近乎無限的計算資源，以及能夠執行傳統基礎設施難以或不可能完成的任務，比如3D版本的表面聲波濾波器，該公司的性能優于傳統模擬工具。
一些專家認為，完整的SaaS模式是工程的未來。“工程師們熱衷于消除許可和計算瓶頸，”OnScale工程副總裁Gerry Harvey說。
其他的新工具正在出現，傳統的參與者也在與基于云計算的公司合作。今年早些時候，SimScale宣布將集成Siemens Parasolid軟件和HOOPS Exchange，以提供更無縫的模擬工作流程和更高的精度。
Autodesk為Autodesk CFD、Moldflow和Fusion360提供云模擬。塑料仿真提供商Moldex3D也在AWS上發布了其軟件的云擴展，使用戶無需投資新的硬件或軟件許可，就可以卸載更大的仿真。
Rescale提供了對各種應用程序、不同的云提供商和混合內部數據中心的基于云的訪問。除了與ANSYS和西門子合作，Rescale還提供xpliccomputing的X2 Firebird CAE軟件，按小時收費。其他合作伙伴包括Autodesk、CAE Solutions、COMSOL和達索Systèmes。
客戶根據其模型的大小和現有的基礎設施采取不同的云部署方法。他們通常想要突發訪問或正在尋找其他方法來增加他們自己的計算基礎設施。較小的公司可能完全依賴云解決方案來滿足他們的模擬需求。
ANSYS Fluent模擬了轉子泵的油量，顯示了齒輪壁上空化的程度(紅色)。使用ANSYS Ensight可視化。圖片由ANSYS提供。
云還提供硬件彈性。不同的求解器和物理程序通常被優化到不同類型的硬件上。基于云的解決方案允許工程師訪問比在前提下可能支持的更廣泛的硬件實例(至少沒有顯著的成本)。與高頻電磁或機械模擬相比，計算流體動力學(CFD)的用戶每個核需要多少內存是不同的——云提供了對所有這些配置的訪問。
擁有現有內部基礎設施的公司可能會采取混合方法，根據需求在自己的設備上運行一些模擬，在云中運行其他模擬。數據也是一個因素，因為模擬創建了大量的數據，用戶不一定希望在系統之間來回移動。
無論模擬是在前提下運行還是在基于云的基礎設施上運行，工程師都應該是看不見的。McDevitt表示:“平臺應該將工作分配給合適的資源，這樣工程師就會覺得流程是一樣的。這些關于資源的決策可以在應用程序層而不是平臺層作出。
在ANSYS, McDevitt表示，對于CFD客戶來說，許多用戶先在本地做一些預處理，然后將求解部分推送到云端，這樣他們就可以獲得更快的周轉時間。部分原因是模型的規模和復雜性。
麥克德維特表示:“在機械方面，我們看到客戶希望在云端進行更多的互動，并進行更多的預處理和后處理。”在電子領域，客戶可能在他們的工作站上解決特定的頻率，但是轉移到云上，在多個其他頻率上重復相同的測試。
McDevitt說:“這類似于設計點的情況，客戶希望通過不同的幾何參數或不同的材料配置來優化設計點。”“他們會解決一個設計點，然后返回去設計100或1000種不同的變體。”
尚卡爾解釋說，西門子的客戶對基于云的產品最感興趣的是那些希望利用并行處理或突發模擬的大型模型。Shankar說:“他們能夠立即利用云提供的額外容量，而不需要IT建立新的硬件。”
這并不意味著云計算適用于所有公司。尋求穩定使用狀態的用戶不會發現云平臺的經濟效益。麥克德維特說:“這就像賣了你的車，然后請優步(Uber)司機24小時不間斷地坐在你家門口。”“經濟上的問題不會解決。”
由于認證要求或安全問題，一些航空航天和國防客戶無法利用某些類型的云服務。那些主要使用能夠快速計算的小型模型的公司，或者那些內部已經有未使用的計算能力的公司，不太可能從向云的遷移中受益。尚卡爾說:“如果模型沒有利用并行處理的優勢，那么在那些情況下，云計算就沒有優勢了。”
“如果你剛剛投資了一個新的高性能計算架構，你首先要確保你可以利用硬件，”海尼補充說。
他說，對云模擬客戶來說，最大的挑戰來自于他們的本地同行——用戶必須信任模擬結果。
他說:“如果他們沒有準備好利用這些見解，那么這樣做就沒有意義，承諾和云解決方案都是如此。”這就是協作和支持派上用場的地方。我們有一個專門的入職計劃，與客戶一起工作，讓他們能夠信任自己正在做的事情。這是關鍵任務。云計算并不能消除這個障礙，但是讓用戶成功的工具讓我們比桌面領域更快地到達那里。”
CFD發展到現在，各大商業軟件競爭激烈，人機交互趨于直觀化、專業化，已經成為通用機械行業設計、優化設備的有力支撐工具。作為行業人士，我們關注的是通用設備的技術與升級，對于CFD軟件則是我們必須掌握的一個工具。
今天，我們盤點主流CFD軟件，雖然我們不需要深鉆這些軟件的源程序與計算方法，但在職業晉升之路上，技術大咖至少需掌握3種CFD軟件，做到CFD為己所用。
1
FLUENT（技術大咖必會）
FLUENT軟件是當今世界CFD仿真領域最為全面的軟件包之一，具有廣泛的物理模型,以及能夠快速準確的得到CFD分析結果。
FLUENT軟件擁有模擬流動，湍流，熱傳遞和反應等廣泛物理現象的能力，在工業上的應用包括從流過飛機機翼的氣流到爐膛內的燃燒，從鼓泡塔到鉆井平臺，從血液流動到半導體生產，以及從無塵室設計到污水處理裝置等等。軟件中的專用模型可以用于開展缸內燃燒，空氣聲學，渦輪機械和多相流系統的模擬工作。
現今，全世界范圍內數千計的公司將FLUENT與產品研發過程中設計和優化階段相整合，并從中獲益。先進的求解技術可提供快速、準確的CFD結果、靈活的移動和變形網格，以及出眾的并行可擴展能力。用戶自定義函數可實現全新的用戶模型和擴展現有模型。
FLUENT中的交互式的求解器設置、求解和后處理能力可輕易暫停計算過程，利用集成的后處理檢查結果，改變設置，并隨后用簡單的操作繼續執行計算。ANSYS CFD-Post可以讀入Case和Data文件，并利用其先進的后處理工具開展深入分析，同時對比多個算例。
ANSYS Workbench集成ANSYS FLUENT后給用戶提供了與所有主要CAD系統的雙向連接功能，其中包括ANSYS DesignModeler強大的幾何修復和生成能力，以及ANSYS Meshing先進的網格劃分技術。該平臺通過使用一個簡單的拖放操作便可以共享不同應用程序的數據和計算結果。
2
CFX（與ANSYS軟件完美配合，解決工程問題，大咖們的不二之選）
CFX是全球第一個通過ISO9001質量認證的大型商業CFD軟件，由英國AEA Technology公司開發。2003年，CFX軟件被ANSYS公司收購。誕生在工業應用背景中的CFX一直將精確的計算結果、豐富的物理模型、強大的用戶擴展性作為其發展的基本要求，并以其在這些方面的卓越成就，引領著CFD技術的不斷發展。目前，CFX已經遍及航空航天、旋轉機械、能源、石油化工、機械制造、汽車、生物技術、水處理、火災安全、冶金、環保等領域，為其在全球6000多個用戶解決了大量的實際問題。
和大多數CFD軟件不同的，CFX除了可以使用有限體積法之外，還采用了基于有限元的有限體積法。基于有限元的有限體積法保證了在有限體積法的守恒特性的基礎上，吸收了有限元法的數值精確性。在CFX中，基于有限元的有限體積法，對六面體網格單元采用24點插值，而單純的有限體積法僅僅采用6點插值；對四面體網格單元采用60點插值，而單純的有限體積法僅僅采用4點插值。在湍流模型的應用上，除了常用的湍流模型外，CFX最先使用了大渦模擬（LES）和分離渦模擬（DES）等高級渦流模型。
CFX可計算的物理問題包括可壓與不可壓流體、耦合傳熱、熱輻射、多相流、粒子輸送過程、化學反應和燃燒問題。還擁有諸如氣蝕、凝固、沸騰、多孔介質、相間傳質、非牛頓流、噴霧干燥、動靜干涉、真實氣體等大批負責現象的使用模型。
在其湍流模型中，納入了k-?模型、低Reynolds數k-?模型、低Reynolds數Wilcox模型、代數Reynolds應力模型、微分Reynolds應力模型、微分Reynolds通量模型、SST模型和大渦模型。
作為世界上唯一采用全隱式耦合算法的大型商業軟件。算法上的先進性，豐富的物理模型和前后處理的完善性使ANSYS CFX在結果精確性，計算穩定性，計算速度和靈活性上都有優異的表現。
除了一般工業流動以外，ANSYS CFX還可以模擬諸如燃燒，多相流，化學反應等復雜流場。ANSYS CFX還可以和ANSYS Structure及ANSYS Emag等軟件配合，實現流體分析和結構分析，電磁分析等的耦合。ANSYS CFX也被集成在ANSYS Workbench環境下，方便用戶在單一操作界面上實現對整個工程問題的模擬。
ANSYS CFX不僅是一款強大的CFD軟件。ANSYS Workbench平臺融合了ANSYS DesignModeler強大的幾何修復和ANSYS Meshing先進的網格劃分技術，為所有主流的CAD系統提供優質的雙向連接，使數據的拖-放轉換以及不同的應用程序間共享結果更為容易。
3
STAR-CD與STAR-CCM+
STAR-CD由世界領先的綜合性CAE軟件和服務提供商CD-adapco集團開發，在熱流解析領域占據領先地位。STAR-CD的解析對象涵蓋基礎熱流解析，導熱、對流、輻射（包含太陽輻射）熱問題，多相流問題，化學反應/燃燒問題，旋轉機械問題，流動噪音問題等。在最新發布的v4版本中，STAR-CD更是將解析對象擴展到流體/結構熱應力問題，電磁場問題和鑄造領域。作為最早引入非結構化網格概念的軟件，STAR-CD保持了對復雜結構流域解析的優勢，其最新的基于連續介質力學求解器具有內存占用少、收斂性強、穩定性好的特點，受到全球用戶的好評。 STAR-CD作為重要工具參與了我們國家的許多重大工程項目，例如：高速鐵路、汽車開發設計、低排放內燃機、能源化工、動力機械、船舶設計、家電電子、飛行器設計、空間技術等。
STAR-CCM+是CD-adapco集團推出的新一代CFD軟件。采用最先進的連續介質力學算法(computational continuum mechanics algorithms)，并和卓越的現代軟件工程技術結合在一起，擁有出色的性能、精度和高可靠性。
STAR-CCM+擁有一體化的圖形用戶界面，從參數化CAD建模、表面準備、體網格生成、模型設定、計算求解一直到后處理分析的整個流程，都可以在同一個界面環境中完成。
基于連續介質力學算法的STAR-CCM+，不僅可以進行熱、流體分析，還擁有結構應力、噪聲等其它物理場的分析功能，功能強大而又易學易用。
STAR-CCM+創新性的表面包面功能、全自動生成多面體網格或六面體為核心的體網格功能、在計算過程中實時監控后處理結果的功能，甚至細微到使用復制、粘貼功能傳遞設定參數等等，處處體現了STAR-CCM+為了最小化用戶的人工操作時間、更方便更直接地將結果呈現在用戶面前而精心設計的理念。
4
PHOENICS
PHOENICS是 Parabolic Hyperbolic Or Elliptic Numerical Integration Code Series 幾個字母的縮寫，這意味著只要有流動和傳熱都可以使用PHOENICS來模擬計算，是世界上第一套計算流體與計算傳熱學商業軟件。如今，PHOENICS已經發展成為一款能夠模擬傳熱、流動、反應、燃燒過程的通用CFD軟件，廣泛應用于能源動力、兩相、多相流、航空航天、傳熱傳質、化工 燃燒、爆炸、船舶水利、化學反應、建筑、暖通空調、流體機械、冶金、磁流體、環境、材料等領域
5
NUMECA
近五年來，NUMECA國際公司已經成功地在國際CFD 市場，特別是在葉輪機械領域，掀起了強勁的NUMECA 旋風，使國際上各主要葉輪機械廠家（如：Garrett, Sulzer Turbo, ABB Turbo, Thermodyn (GE), MAN, KBB,Shin Nippon Machinery, ALSTOM Power, Honda and SOLAR TurbinesFor aero &rocket engines, Snecma, Honeywell, Rolls-Royce, KHI, Fiat Avio, Pratt&Whitney,Aerodisa, Japan Defence Agency）都開始大量使用NUMECA軟件，使得NUMECA的用戶一直快速穩步地增長。
6
AVL FIRE
AVL FIRE是一款專業的發動機CFD軟件，能解決所有和發動機有關的CFD問題。它能對發動機系統及部件內部的流動、噴霧、混合氣形成、壁膜、燃燒、和排放物的形成進行詳細的模擬分析。還有專業的尾氣后處理模塊用于各類催化轉化器的研究和優化。
7
CONVERGE
CONVERGE是由美國Convergent Science公司開發的發動機缸內CFD專業分析軟件。
如何快速、高效地生成高質量的計算網格一直是提高CFD分析工作效率的瓶頸，而CONVERGE擁有強大的自動化生成網格功能，可大量節省用戶的網格生成時間。CONVERGE的網格體系完全基于正交化網格，可采用自適應加密等等多種網格控制策略，以最小的計算負荷量實現高精度的仿真分析。
CONVERGE擁有噴霧模型，燃燒模型等發動機缸內分析所必須的各種豐富的物理模型，可用來模擬汽油機，柴油機，天然氣及HCCI等任何類型的發動機。
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FLACS
FLACS是一款用于CFD爆炸建模的行業標準軟件，同時還是一種適用于易燃、有毒物質排放的技術安全上下文建模的最佳驗證工具。
FLACS是一個全面的、易于使用的3D建模軟件工具，用于分散和爆炸的影響分析，是針對所有典型的易燃和有毒物質排放的解決方案。它廣泛用于石油和天然氣及過程工業，也越來越多的用于核工業，以及粉塵爆炸的潛力分析和許多其他領域的設施。CFD過程全部采用3D建模，可以更準確的預測后果，并減輕限制和擁塞真實的幾何體的影響。更好的獲取更高精確度的結果，不僅有助于提高安全性的真實水平，也可以讓設計人員能夠選擇真正有效的設計方案和緩解措施，從而提高安全性和成本效益的。
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Fluidyn
Fluidyn是為專門滿足石化、石油和天然氣工業的需求，應對潛在的高風險，應用計算流體動力學原理開發的軟件。
這款軟件可以專門用于：
定量和定性的風險評估
失效模式和影響分析
后果模擬
污染擴散模擬
這個行業廣泛采用的一些Fluidyn軟件如下：
過程工業風險分析和規劃軟件(fluidyn ASSESSRISK)
研究由工業事故導致的瞬態排放擴散模式或稠密氣體擴散、火災 (fluidyn PANEPR)
火災研究和燃燒副產品擴散軟件(fluidyn PANFIRE)
由于煉油廠、儲罐區事故導致的波浪作用及后果的仿真 (fluidyn PANWAVE)
復雜流體流動分析軟件(fluidyn MP)
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FloVENT
FloVENT是一款功能強大的計算流體力學(CFD)軟件，能夠預測各類建筑物內和周圍的三維氣流、傳熱、污染分布和舒適度。它提供反應快速和簡單易用的菜單系統，是專為設計和優化供暖、通風和空調設備的工程師而打造。
FloVENT擅長于模擬：
中庭、購物中心和辦公樓
劇院、機場碼頭、倉儲設施和倉庫
海洋石油平臺
建筑物和隧道火災
汽車乘客舒適度
實驗室、研究設施、醫院、地下停車場的空氣質量和污染控制