前言

在全面走向數(shù)字化研發(fā)與設(shè)計實踐的今天，PLM（產(chǎn)品生命周期管理）理念已被眾多主流制造業(yè)企業(yè)接受，廣泛用作設(shè)計變更過程中持續(xù)使用和維護3D產(chǎn)品數(shù)據(jù)的方式。PLM理念的基礎(chǔ)是作為機械CAD系統(tǒng)核心載體的高質(zhì)量、完整、詳細和精確的3D產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)的可用性，3D產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)因此成為所有虛擬原型和物理仿真的基礎(chǔ)和起點。在這樣的CAD環(huán)境中，嵌入并使用基于CFD（計算流體動力學(xué)）的流體仿真顯然具有非常大的吸引力，因為在設(shè)計復(fù)雜度和對外部開發(fā)合作伙伴的依賴性不斷增強的背景下，它不僅可以加快設(shè)計流程，還可以使這些流程更加可預(yù)測和可靠。此外，從在設(shè)計中引入CFD的角度以及正常的PLM路線圖要求來看，將CFD充分嵌入到CAD中的需求也變得越來越迫切。因此，自20世紀90年代末開始，市場上首個在3D CAD（SOLIDWORKS）中完全嵌入CFD產(chǎn)品的FloWorks，被作為SOLID-WORKS的插件開發(fā)出來，現(xiàn)在已命名為SOLIDWORKS Flow Simulation。

同時，我們觀察到在大力推進數(shù)字化技術(shù)的大背景下，沒有CAE（計算機輔助工程）軟件的幫助，已經(jīng)不太容易設(shè)計并生產(chǎn)出具備足夠競爭力（同時具備高性價比和高質(zhì)量）的產(chǎn)品。特別是近年來，我們發(fā)現(xiàn)CFD在CAE中的地位不斷提升。將CAE系統(tǒng)尤其是CFD直接嵌入到產(chǎn)品設(shè)計流程中可以獲得最大效率，另外其還可以被機械設(shè)計工程師直接應(yīng)用，尤其是在設(shè)計早期階段提前使用或并行使用。這樣的思路和流程最初用于航空、航天、汽車、電子等高科技行業(yè)，現(xiàn)在已經(jīng)覆蓋了所有工程領(lǐng)域。

直接在CAD環(huán)境中嵌入CFD仿真的SOLIDWORKS Flow Simulation代表著CFD分析軟件的一種新的表現(xiàn)形式，同時也是一種新的技術(shù)趨勢。最初它作為PLM理念的一個組成部分，供機械工程師在設(shè)計流程中使用，現(xiàn)在已被業(yè)界廣大的仿真專家所接受，并成為CAE軟件行業(yè)一個新的發(fā)展方向。

SOLIDWORKS Flow Simulation的基本開發(fā)理念是自動準備、執(zhí)行和可視化針對真實應(yīng)用工程問題的CFD計算。為實現(xiàn)此效果，SOLIDWORKS Flow Simulation具有一些特定功能，包括完全集成在SOLIDWORKS 3D CAD系統(tǒng)中、完全自動生成網(wǎng)格、求解控制參數(shù)的自動設(shè)定、用戶友好的前處理和后處理、能夠執(zhí)行參數(shù)化算例并對比不同設(shè)計變型的分析結(jié)果等。軟件不需要調(diào)整與算法相關(guān)的任何數(shù)值參數(shù)，也不需要從多種物理模型或數(shù)值方案中選擇一種。非常重要的初始數(shù)據(jù)（邊界和初始條件）的指定、計算執(zhí)行和結(jié)果解讀（包括可視化和報告生成）都可以在SOLIDWORKS中進行，結(jié)果直接顯示在CAD模型上或模型周圍空間中。計算結(jié)果既能以MS Office格式導(dǎo)出，也可以直接被SOLIDWORKS的其他結(jié)構(gòu)分析模塊所引用。

與市面上其他完全獨立開發(fā)的傳統(tǒng)CFD軟件相比，SOLIDWORKS Flow Simulation采用了完全不同的方法并具備更多的技術(shù)內(nèi)涵。它優(yōu)化并使用了眾多的工程實踐和方法，可科學(xué)地吸納并融入這些工程實踐和方法的結(jié)果。SOLIDWORKS Flow Simulation一直以來就推崇并采用“雙V”（驗證和確認）認證體系，并使用了大量的解析解和基準解以及出版物和數(shù)據(jù)庫中的試驗結(jié)果，從而提高并確保軟件的可靠性、健壯性和準確性，最終幫助用戶以較低的計算成本和時間成本獲取非?？煽康念A(yù)測。SOLIDWORKS Flow Simulation的開發(fā)目的是提倡設(shè)計仿真一體化和協(xié)同與并行設(shè)計，為設(shè)計工程師提供非常易于掌控的但又功能強大的流體仿真工具，解決其工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計和流程優(yōu)化中遇到的棘手問題，從而提升設(shè)計效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

考慮到非流體力學(xué)背景的工程技術(shù)人員缺少與計算流體動力學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)知識，本書從流體力學(xué)與CFD基礎(chǔ)簡介開始，通過多個非常真實而典型的實際工程案例，介紹了真實場景下流體和CFD仿真面臨的挑戰(zhàn)和可能需要解決的關(guān)鍵設(shè)計問題，進而介紹了如何借助SOLID-WORKS Flow Simulation的簡易操作來解決問題并得到可信的分析結(jié)果，為優(yōu)化設(shè)計提供指導(dǎo)。因此，本書既可幫助工程師擴展自己在流體與CFD仿真方面的知識體系，也可以作為針對特定行業(yè)產(chǎn)品/系統(tǒng)在工程實踐過程中進行CFD仿真的參考和指南。

在寫作過程中，安徽斯維爾信息科技有限公司的陳軍提供了部分插圖，獨立仿真專家孫建國老師提出了非常有價值的修改意見，在此一并表示感謝！

由于作者學(xué)識有限加之編寫時間匆忙，書中難免會有疏漏或錯誤之處，望廣大讀者批評指正。

作者