🚀 FloEFD 核心技术白皮书：

1.0 引言：重塑工程师的 CFD 体验

在当今快节奏的产品开发中，计算流体动力学（CFD）本应是驱动创新的核心技术。但现实是，传统的 CFD 分析流程更像是一个**“设计绊脚石”**：它常常被孤立在设计周期的末端，仅作为少数专家使用的验证工具。这种模式不仅拖慢了开发进度，还让工程师错失了在早期阶段优化设计的宝贵机会。

FloEFD 的出现，就是为了彻底打破这一僵局。

它不仅仅是另一款 CFD 软件，它是一个真正以设计为中心的仿真平台。通过将先进的流体流动与传热分析（包括传导、对流、辐射）能力直接嵌入到您常用的 CAD 软件中，FloEFD 致力于实现仿真的“大众化”——让每一位设计工程师都能在熟悉的环境中，即时获得关键性能洞察。

本白皮书将深入剖析 FloEFD 赖以成功的七项核心技术。我们将阐明这些创新如何系统性地解决传统 CFD 在处理几何、划分网格和求解收敛方面的“顽疾”，从而将仿真从一个孤立的验证步骤，转变为驱动产品创新的整合性设计流程。

---

2.0 传统 CFD：阻碍工程设计的四大“痛点”

传统 CFD 工具虽然强大，但在融入快节奏的工程设计时，却带来了许多挑战。这些挑战不仅延长了项目周期、增加了成本，更对分析人员的专业技能提出了极高要求。

🚨 痛点一：让人头疼的几何清理与简化

传统 CFD 软件对 CAD 模型的“纯净度”要求极高。工程师必须花费大量时间进行模型“修复”，例如：修补几何缺陷、移除不影响流动的微小特征、处理零件间的重叠。这个耗时的过程不仅容易引入模型失真，还让工程师在分析开始前就耗尽了精力。

🚨 痛点二：复杂且费时的手动网格划分

网格质量是 CFD 分析成败的关键。传统方法要求用户具备深厚的专业知识，手动创建和优化网格，特别是在流固边界等关键区域。如何平衡计算资源和求解精度，往往需要反复的试错和调试，这是整个分析流程中最耗时、最依赖经验的环节。

🚨 痛点三：求解收敛的“玄学”调试

面对复杂问题，传统求解器经常难以收敛。CFD 专家需要进行精细的参数微调，例如手动添加数值扩散来稳定计算。这不仅增加了分析的不确定性，还可能导致多次无效的仿真尝试，浪费宝贵的时间和资源。

🚨 痛点四：设计与分析的严重脱节

在传统流程中，设计和分析在两个独立的软件环境中进行。CAD 模型需要通过中间格式导出再导入到 CFD 工具中。一旦设计发生变更，整个数据转换、模型设置和网格划分过程都需要从头再来，效率低下且极易出错。

---

3.0 FloEFD 的技术基石：数值与网格的创新

FloEFD 的易用性和稳健性并非“魔术”，而是植根于其坚实的数值基础和独特的网格划分技术。

3.1 核心控制方程与有限体积法

• 物理基础： FloEFD 求解基于三大基本守恒定律：质量守恒、动量守恒和能量守恒，它们被数学化为著名的 Navier-Stokes 方程。
• 求解方法： 采用业界公认最稳健的数值技术——有限体积法 (FVM)。该方法将计算区域划分为不重叠的网格单元，并对控制方程进行积分和近似求解。这种方法天然保证了质量、动量和能量在离散层面的守恒，是实现高精度、高稳定性的关键。

3.2 革命性的独特网格技术

这是 FloEFD 能够摆脱传统 CFD 复杂前处理环节的根本所在。

• 流固界面单元 (Fluid Solid Interface Cells):
  • 核心突破： 这是一个核心专利技术（历史上称为“偏单元”）。传统网格单元必须完全在流体或固体中，但 FloEFD 允许网格单元被流固交界面任意切割。
  • 赋能优势： 这使得软件能够用相对简单的笛卡尔网格精确捕捉极为复杂的几何边界，为处理“不干净”几何和精确模拟近壁边界层奠定了基础。
• 自适应网格加密 (Solution Adaptive Meshing):
  • 告别猜测： 在求解过程中，FloEFD 可以自动识别流场中梯度变化剧烈的区域（如激波、尾涡），并对这些区域的网格进行局部加密。
  • 完美平衡： 无需用户预判，系统即可自动优化网格，确保在关键区域获得高分辨率结果，完美平衡了计算精度与效率。

---

4.0 核心竞争力：FloEFD 的七大关键技术解析

以下七项技术协同工作，为工程师带来了革命性的效率提升和精度保证。

🥇 技术一：真正的 MCAD 系统无缝集成

FloEFD 是嵌入式的 CFD 工具。工程师可以直接在熟悉的 CAD 软件中进行仿真，无需进行任何模型格式转换。

• 消除转换环节： 直接使用原始 CAD 几何，避免了数据导入导出中的几何信息丢失。
• 设计与分析同步： 分析模型就是设计模型本身，任何设计变更都会即时反映到 CFD 项目中，从根本上杜绝了版本不一致的错误。
• 自动流体域识别： 智能识别封闭空间，自动判断哪些是固体、哪些是流体，无需用户进行复杂的手动定义。

🥈 技术二：快速稳健的自动化网格划分

FloEFD 采用沉浸边界网格技术，能够全自动地为复杂的流体和固体区域生成高质量的笛卡尔网格。

• 无需手动干预： 将工程师从繁琐的网格生成中解放出来，使其无需成为网格划分专家。
• 直接处理“脏”几何： 能够自动处理装配体中存在的零件重叠或干涉，极大地缩短了模型准备周期。
• 缩短整体时间： 自动化的网格生成过程极为迅速，显著减少了从模型到最终结果的总体执行时间。

🥉 技术三：面向工程师的直观易用界面

FloEFD 的用户界面遵循以工程师为中心的设计理念，其标志性的项目设置向导 (Wizard) 提供了引导式的问答流程。

• 降低使用门槛： 即使没有深厚 CFD 知识的设计工程师，也能通过向导指引正确完成模型设置。
• 聚焦工程洞察： 将工程师的精力从学习软件操作，转移到分析结果和驱动设计改进上。

🏅 技术四与五：协同工作的高保真物理引擎

FloEFD 将两项独特的自动化技术整合，自动处理了流体仿真中最复杂、最关键的两个物理现象。

• 独特的层流-湍流转捩模型： 内置的 $k-\epsilon$ 模型能根据流动条件自动判断并模拟流体从层流到湍流的转变。用户无需手动指定流动状态，系统即可精确捕捉转捩现象，提高模型精度。

• 独特的修正壁面函数处理边界层： 边界层对阻力和传热起决定性作用。FloEFD 的自动化技术能在近壁区域精确模拟边界层内的物理现象，无需用户进行专门的、试错式的近壁网格加密。

• 核心价值： 自动处理复杂物理，确保仿真结果准确反映真实物理现象，消除对 CFD 专家进行手动设置和调试的依赖。

🏅 技术六：自动化的求解收敛控制

FloEFD 的求解器以其卓越的稳健性而著称。其设计目标是确保首次运行即可获得有效的、可信赖的结果。

• 极少重复运行： 只要物理模型设置合理，求解器就能稳定收敛，避免了因计算发散而浪费的大量调试时间。
• 无需专家级调整： 消除了 CFD 专家为实现计算收敛而进行的模型修改或求解参数调整等高阶操作。

🏅 技术七：高效的多方案“What-if”分析

为了支持设计优化，FloEFD 内置了强大的参数化研究功能，与无缝的 MCAD 集成（技术一）深度结合。

• 实现设计优化： 通过对多个“What-if”场景的系统性模拟，帮助工程师快速洞察设计参数对性能的影响，从而找到最优设计方案。
• 快速迭代： 充分利用 CAD 配置功能，快速切换几何模型并“克隆”分析项目，真正打通了设计与分析的闭环。

---

5.0 FloEFD 的广泛应用能力与边界

5.1 广泛的物理模型支持

FloEFD 能够应对绝大多数工程设计中的流体流动与传热问题：

5.2 当前的技术边界（需知晓的限制）

为保持透明，需明确 FloEFD 目前不支持的特定功能：

• 线性移动网格： 当前不支持部件的线性往复运动模拟（如活塞）。
  • 例外： 对于旋转运动（如风扇、叶轮或泵），FloEFD 提供了精确的滑移网格技术进行显式模拟。
• 直接流固耦合 (FSI)： FloEFD 不直接进行流体作用力导致的固体结构变形仿真。
  • 替代方案： 其分析结果可以导出至结构分析工具中，作为载荷进行后续的结构强度或热应力分析。

---

6.0 结论：以设计为中心的 CFD，加速您的创新周期

传统 CFD 的核心挑战在于其高昂的时间成本和极高的专业门槛，这使得强大的仿真技术难以在产品设计的早期阶段发挥其价值。

FloEFD 通过其七大技术创新，系统性地瓦解了这些壁垒：

• 无缝集成与高效分析： 彻底打破设计与分析的隔阂，构建敏捷的迭代闭环。
• 自动化支柱： 自动化网格划分、直观界面和稳健求解器，移除了长期以来阻碍 CFD 普及的专业知识障碍。
• 高保真精度： 独特的物理引擎自动处理复杂的转捩和边界层，确保分析结果的可靠性。

FloEFD 成功地将强大的 CFD 分析能力从少数专家的手中解放出来，赋予了每一位身处设计一线的工程师。它不再只是一个后期验证工具，而是一个能够深度嵌入到设计流程中，支持快速迭代、驱动设计优化、并最终显著缩短产品创新周期的战略性平台。