上期我们聊了LS-DYNA，那个从核弹仿真走出来的“暴力计算之王”。今天这位，和LS-DYNA算是“半个同行”——都是搞仿真的，都“出身”于国家实验室。- CFX：算得精，算得稳，尤其在旋转机械这个领域——风机、水泵、压缩机、涡轮——它是绝对的“老大”。
一、出身：英国原子能管理局的“降温”需求（1970年代）英国原子能管理局（AEA Technology）有一群科学家，每天操心一件事：核反应堆的冷却剂怎么流动。反应堆里的燃料棒温度极高，需要用冷却剂（水、气体或液态金属）把热带走。如果冷却剂流得不对，某个局部过热，后果……你懂的。他们基于有限体积法，写了一套专门用来算流体流动和传热的代码。在当时，有限元法是结构分析的主流，在流体问题上效率不高。而有限体积法——把流体区域切成无数个小“格子”，在每个格子上求解方程——天然适合流体。这套代码在AEA内部用了很多年，不断完善、不断测试、不断用实验数据验证。后来，他们发现：不仅核反应堆需要算流体，航空航天、能源、化工……都需要。公司名字还是叫AEA Technology，软件名字——CFX。关于CFX的全称，坊间流传的一种说法是Computational Fluid Dynamics X——X代表“未知”和“无限可能”。但官方并无明确解释，也有人认为它只是产品代号。 一个“X”字母，藏着英国人对未知世界的征服欲。那一年，CFX做了一笔关键收购：ASC（Advanced Scientific Computing）——一家加拿大公司。ASC手里有什么？一款叫Tascflow的软件——专门做旋转机械的CFD分析。什么是“旋转机械”？泵、风机、压缩机、涡轮机、螺旋桨……所有“转起来”的东西。旋转机械的CFD分析，比普通流体问题难得多。因为涉及到动静干涉——旋转的叶片和静止的壳体之间，流动极其复杂，还有湍流、空化、噪声等一系列问题。CFX收购ASC之后，把Tascflow的技术整合进产品线，推出了CFX-Tascflow品牌，作为旋转机械领域的旗舰产品。此后多年，CFX-4（通用CFD）和CFX-Tascflow（旋转机械）并行发展。效果呢？在旋转机械CFD领域，CFX一度占据统治地位。业内流传的说法是，十个搞旋转机械仿真的工程师里，九个用CFX——虽然这个数字可能略有夸张，但足以说明它的市场影响力。直到今天，这个优势依然存在。CFX在旋转机械领域的技术积累，竞争对手花二十年都追不上。CFX能成为旋转机械的老大，除了Tascflow的加持，还有一个更关键的原因：它的求解器，在强耦合问题上比对手快了一个量级。在CFX之前，主流的CFD软件用的是什么算法？分离求解法——先假设一个压力，算速度；再用速度修正压力；再算速度……分步迭代，直到收敛。这个方法很成熟，在简单流动中效率不错。但它的短板在于：遇到强耦合问题（比如旋转机械的动静干涉、共轭传热、高雷诺数湍流），压力和速度紧紧咬在一起，分步迭代需要大量的“亚迭代”来修正，每一步都变得吃力，复杂问题可能跑几天甚至几周。CFX做了一件让整个行业震惊的事：全隐式多网格耦合求解。- 联立求解：将压力和速度置于同一方程组中同步迭代，而非分步交替迭代。
- 收敛步数少：在强耦合问题上，达到收敛所需的迭代步数远少于分离法。
CFX的开发者Florian Menter等人在湍流模型上也做出了杰出贡献，他提出的SST湍流模型至今仍是业界公认的“黄金标准”之一。业内有句“黑话”：“收敛不了的流动问题，丢给CFX试试。”当然，这说法带有夸张——对于高度可压缩流、激波主导的超声速问题，基于密度的求解器可能更合适——但在亚音速、复杂湍流和旋转机械领域，CFX的收敛性确实堪称标杆。ANSYS——那个做多物理场仿真的美国巨头——收购了CFX。收购金额未公开，但业内人士估计在数千万到一亿美元之间。为什么Ansys要买CFX？因为Ansys想补齐它的“流体”短板。Ansys在结构分析上是王者，但它的流体能力一直不够强。虽然有个叫Fluent的竞争对手（当时还没被Ansys收购），但Ansys看上了CFX的旋转机械能力和耦合算法优势。收购完成后，CFX被整合进Ansys的产品线，更名为Ansys CFX。和达索收购SolidWorks类似，Ansys对CFX的处理也是：品牌保留，技术融合。CFX的用户可以在Ansys Workbench平台上使用CFX，和Ansys的结构分析、电磁分析、优化工具等无缝集成。- 用Ansys Mechanical算涡轮叶片的应力
- 用Ansys DesignXplorer优化叶片的形状
不用在不同软件之间导来导去，数据不会丢，精度有保障。五、Fluent vs CFX：Ansys的“双子星”（2006）2003年收购CFX之后，Ansys的流体产品线有了一张“王牌”。但到了2006年，Ansys又干了一件更大的事——花了约5.65亿美元收购了Fluent，当时全球最大的独立CFD软件公司。- Fluent：早期以分离求解器起家，如今分离/耦合两种求解器都具备，通用CFD王者，算得多
业内人开玩笑说：“搞旋转机械和复杂物理模型，找CFX；搞通用流动传质燃烧反应，找Fluent——反正在Ansys家，最后都是Ansys赚你的钱。”Ansys的策略也很清晰：两个都留着，不整合，让用户自己选。这种“双品牌”策略，在工业软件史上极少见。但也说明一件事：CFX和Fluent，各有各的“护城河”，谁也吞不掉谁。CFX之所以能在Ansys家族里站稳脚跟，靠的不是“情怀”，而是实打实的技术积累。CFX采用了“基于单元的有限体积法”（element-based finite volume method），在继承有限体积法守恒特性的同时，借鉴了有限元法的几何灵活性，可以在复杂网格上保持高阶精度。Florian Menter提出的SST湍流模型，至今是CFD领域引用率最高的模型之一，也是处理复杂流动问题的“默认选项”。CFX和Ansys Mechanical深度集成，推出了当时世界上最优秀的流固耦合解决方案。飞机机翼的颤振、人工心脏瓣膜的运动、涡轮叶片的振动——这些“流体和固体互相影响”的问题，CFX是“专家”。CFX很早就在并行计算上领先——可以在Unix、Linux、Windows混合平台上高效运行，且并行扩展性出色，在数百核心上仍能保持接近线性的加速比。CFX进入中国的时间，和Ansys进入中国基本同步——2000年代初。它在中国的客户，主要集中在那些需要“旋转机械”的行业：一个搞压缩机设计的工程师跟我说过一句话：“我们这个行业，你不用CFX，审稿人都不信你算的结果。”这是CFX的底气：不是用户最多，但在这个领域，它是“标准答案”。它出生在英国原子能管理局，成长在英国AEA Technology，成熟在旋转机械领域。CFX的核心研发团队——包括Florian Menter等湍流模型的开发者——至今仍在欧洲从事相关研发工作。他们负责CFX求解器核心算法的演进，与Ansys在美国的Fluent团队并行开发。一种说法是：Ansys买下的不只是代码，而是“人”。这些在英国乡间小镇埋头写代码的科学家和工程师们，可能是世界上最懂旋转机械CFD的那群人。你让他们把CFX做得更好？——那是他们的“使命”。今天我们聊了CFX，那个给核反应堆“降温”、后来被Ansys收编的英国绅士。CFX的故事告诉我们：有时候，最顶尖的技术不是来自车库里的“天才一激灵”，而是来自国家实验室里几十年如一日的“死磕”。这家公司和CFX是“死对头”——全球CFD市场的“老大”。1980年代，美国新罕布什尔州，伊朗裔学者Amir Faghri和他在Creare公司的同事们做出了一个CFD程序的原型。后来，Ferit Boysan、Bart Patel等人真正将这套代码商业化，创立了Fluent Inc.。他们起家的核心算法是分离求解法——简单可靠，易于上手。此后Fluent一路高歌猛进，通过持续收购和技术迭代，成为通用CFD领域的绝对王者。2006年，Ansys花费约5.65亿美元将Fluent纳入麾下。从此，CFX和Fluent成了Ansys流体产品线的“双子星”。不过，CFX一直坚守全隐式耦合求解器，追求极致稳定；而Fluent则同时提供分离求解器与耦合求解器，让用户根据不同问题灵活选择。一个“从分离走向耦合”的CFD帝国传奇，下期讲给你听。本文参考了官网公开资料、历年财报、行业媒体（如Engineering.com、DEVELOP3D）报道及科技博客分析。部分数据和表述基于公开信息整理。
如果你是工业软件圈子的
工程师｜销售｜技术经理
或者你是一个想重返职场的妈妈关注我，我们一起少走弯路。我是Amy，下期见！
#工业软件 #智能制造 #数字化转型 #CAD #CAE #CAM#PLC#工程师 #职场妈妈
夜雨聆风
