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三大主流CFD/CAE仿真软件(Fluent、StarCCM+、Ls dyna)求解计算分析，以及工作站硬件配置推荐

时间：2025-06-12 01:13:53   来源：UltraLAB图形工作站方案网站   人气：771 作者：管理员

Fluent、Star-CCM+和LS-DYNA这三个是非常突出的CFD/CAE仿真计算工具软件，其中Fluent作为CFD领域的常用工具，主要用于流体相关的模拟，比如湍流、传热、化学反应这些。它的求解器分压力基和密度基，适用于不同流速情况。计算架构方面，Fluent主要依赖CPU多核并行，现在也开始支持GPU加速，但可能主要用在特定求解器上。硬盘方面，瞬态计算对IO要求高，稳态可能好一些。Star-CCM+也是多物理场仿真软件，流体、结构、电磁都能做。它的求解器是统一架构的，不像Fluent分那么细。并行计算同样靠CPU多核，GPU加速功能比较新，可能支持有限。硬盘方面，用户提到复杂模型和瞬态分析需要大容量高速存储，尤其是checkpoint文件，这点和Fluent类似。最后是LS-DYNA，显式动力学领域的标杆，擅长冲击、爆炸这类瞬态问题。求解器分显式和隐式，显式为主。计算方面，CPU多核并行成熟，GPU加速在显式求解上效果显著。硬盘方面，因为瞬态数据量大，需要高速IO，特别是重启文件。

 

下面我们详细分析一下Fluent、STAR-CCM+和LS-DYNA这三个主流的工业仿真软件的核心计算领域、求解器架构以及硬件资源利用方式（CPU/GPU/硬盘）。

核心计算领域概览

 

 

主要计算领域

仿真范围

1

ANSYS Fluent

 

 计算流体动力学领域的标杆软件。专注于流体流动、传热、化学反应、多相流（气液、气固、液固等）、流固耦合（通过System Coupling或MFX）、旋转机械、气动声学、电池热管理等

几乎所有涉及流体或与流体相互作用的物理现象都是其强项

2

Siemens Simcenter STAR-CCM+

一个强大的多物理场仿真平台。核心同样计算流体动力学，在汽车外气动、热管理、船舶海洋工程、电子散热等领域应用广泛。

提供与Fluent类似的流体、传热、多相流、化学反应等功能。但其独特优势在于原生集成了固体力学（结构应力/热应力）、电磁学（低频）、粒子动力学等求解器，可以在同一个模型、同一个界面、同一个求解器内核中进行真正的紧耦合多物理场仿真（如共轭传热CHT、流固耦合FSI、电-热-流体耦合等）

3

LS-DYNA

显式动力学领域的全球领导者。核心是瞬态、高度非线性、涉及大变形/大应变、材料失效、接触碰撞的物理问题。最著名的应用是汽车碰撞安全、乘员保护、跌落测试、金属成型（冲压、锻造）、爆炸与冲击动力学、鸟撞、流固耦合（ALE, SPH, DEM）。

拥有强大的隐式求解器用于静态/准静态问题、模态分析、热传导等，但其显式求解器是其标志性优势

 

求解器架构与硬件利用方式 (CPU/GPU/硬盘)

特性

ANSYS Fluent

Siemens Simcenter STAR-CCM+

LS-DYNA

主要求解器类型

- 压力基求解器 (Pressure-Based): 适用于不可压、弱可压流 (低速)。
- 密度基求解器 (Density-Based): 适用于可压缩流 (高速、跨/超音速)。
- 耦合压力基求解器 (Coupled Pressure-Based): 结合两者优点，稳定性好，应用广泛。

单一集成求解器架构： 所有物理场（流体、固体、电磁等）使用同一个底层求解器框架。通过激活不同的物理模型来选择计算内容。高度集成是其核心设计理念。

- 显式求解器 (Explicit): 核心优势，用于瞬态动力学、冲击碰撞、爆炸等。时间步长小，计算密集。
- 隐式求解器 (Implicit): 用于静力学、模态分析、热传导、低频动力学等。时间步长可较大，但每步计算量可能更大（需求解方程组）。

并行计算基础

CPU 多核并行 (MPI): 绝对主力，高度优化。支持大规模集群计算（数千至上万核）。

CPU 多核并行 (MPI):绝对主力，高度优化。原生设计支持大规模并行。对硬件资源管理优秀。

CPU 多核并行 (MPI):显式和隐式求解器均高度依赖MPI并行。大规模并行能力极强（数万核）。

GPU加速支持

支持 (不断发展中):
- 特定求解器/模型支持GPU加速（如部分湍流模型、燃烧模型、线性求解器）。
- 通常需要特定版本和许可证选项。
- 对内存带宽要求高，性能提升因模型而异，非所有场景都适用。
- 主要作为CPU的补充加速特定环节，非全GPU求解。

支持 (相对较新):
- 逐步引入GPU加速支持，主要聚焦于线性求解器等计算密集型部分。
- 支持范围和成熟度可能略逊于Fluent。
- 同样主要作为CPU的补充加速，非全GPU求解主力。

强力支持 (业界领先):
- 显式求解器在GPU加速方面非常成熟且高效（尤其NVIDIA GPU）。
- 性能提升显著（通常数倍到十倍以上，取决于模型）。
- 支持大规模多GPU并行。
- GPU已成为运行大型显式分析的重要甚至首选平台。
- 隐式求解器GPU加速也在发展中。

硬盘读写要求

高要求，尤其瞬态模拟：
- 稳态模拟：主要读写发生在初始化、保存结果、重启时。相对要求较低。
- 瞬态模拟：频繁写入时间步数据、检查点文件、监测点数据、后处理文件。对硬盘速度（IOPS, 吞吐量）和容量要求极高。大模型长时间瞬态计算轻松消耗TB级存储。强烈推荐高速SSD（NVMe最佳）或高性能并行文件系统（Lustre, GPFS）。

极高要求，尤其瞬态多物理场：
- 原生多物理场集成意味着单次计算可能同时产生流体、固体、电磁等多套场数据。
- 瞬态模拟同样需要频繁写入时间步数据、检查点文件等。
- 对硬盘IOPS、吞吐量和容量的要求通常是三者中最高的之一，特别是进行大规模、长时间、多物理场的瞬态模拟。高速SSD或并行文件系统是必备的。

极高要求，尤其显式瞬态分析：
- 显式动力学计算时间步极多（百万、千万量级），即使每个时间步只保存少量关键数据，累积量也非常巨大。
- 需要频繁写入计算结果、重启动文件（用于中断后继续计算）。
- 接触、失效等算法本身也涉及大量数据读写。
- 对硬盘速度（IOPS是关键）和容量的要求极其严苛。高速本地NVMe SSD或高性能并行文件系统（Lustre, BeeGFS）是大型计算的标配。

 

总结

1.计算领域:

Fluent: 专注强大的CFD及其相关领域（传热、多相流、反应流）。

STAR-CCM+: 强大的CFD + 原生集成的多物理场（结构、电磁等），一体化平台是特色。

LS-DYNA: 显式瞬态非线性动力学（碰撞、爆炸、成型）之王，也有强大的隐式求解器。

2.求解器:

Fluent: 分压力基/密度基/耦合压力基。

STAR-CCM+: 单一集成架构求解器处理所有物理场。

LS-DYNA: 分显式（主力）和隐式求解器。

并行计算主力:

三者都高度依赖且优化了CPU多核并行计算（MPI）。这是处理大规模工业问题的基石。

GPU加速:

LS-DYNA (显式) 的GPU加速最成熟、高效且应用广泛，性能提升显著，是重要生产工具。

Fluent 的GPU加速在不断发展，支持特定模型/求解器部分，作为CPU的补充加速，提升幅度因模型而异。

STAR-CCM+ 的GPU加速相对较新，支持范围和性能提升仍在演进中，目前也主要作为CPU的补充。


硬盘要求: 三者对硬盘都有很高要求，尤其是进行大规模瞬态模拟时。

STAR-CCM+ 由于其原生多物理场特性，在瞬态多物理场模拟中产生的数据量通常最大，对IO带宽和容量要求极高。

LS-DYNA 显式瞬态分析由于时间步数量巨大，对硬盘的IOPS（每秒读写次数） 要求最为严苛。

Fluent 瞬态CFD同样对IO和容量要求很高。

解决方案： 高性能NVMe SSD（本地或通过高速网络访问）或专门的高性能并行文件系统是处理大型工业模拟的必备基础设施。普通机械硬盘（HDD）在大规模计算中会成为严重瓶颈。

 

2025年最新fluent流体仿真算法特点、求解器分析及工作站硬件配置推荐

https://www.xasun.com/news/html/?2944.html

 

 

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