面向学生的 CFD 软件：亲眼看见流动如何运作

什么是 CFD？

计算流体动力学（CFD）利用计算机预测液体和气体的运动：汽车周围的空气、水箱里的水、从热表面升起的热量。计算机把空间划分成由许多小单元组成的网格，在每个单元中反复求解流体运动方程，直到流动趋于稳定。工程师在航空航天、汽车、能源和电子散热等许多领域都会用到它。

如果您想学习 CFD，无论是在学高中物理、读工程本科，还是只是想探索一下，最难的部分都是对结果的含义建立直觉。因此，面向初学者的 CFD 在能立刻看到结果时效果最好。Visaria 把全部计算放在您电脑的 GPU（显卡）上运行，因此速度足够快，可以作为学习工具使用；这是一款几分钟就能上手的工程仿真软件。

CFD 为什么难学，什么能帮上忙

大多数学生接触 CFD 时，面对的是一页页公式（纳维-斯托克斯方程、湍流模型、离散化方法），接着是一款设置繁多的专业软件，以及必须先划分正确才能运行的网格，而且运行起来很慢。很容易得到一个结果，却不知道它是怎么来的。

真正建立理解靠的是反复：改动一处，观察会发生什么，再改回来。如果每次迭代都要花好几分钟甚至几个小时，这就很难做到。Visaria 正是围绕这个循环构建的。它在您的显卡上以交互速度求解，所以您一拖动设置，流动就在眼前变化。您看到的依然是真实的物理，例如气流、阻力、压力、热量、浮力和自由表面水，只不过您把时间花在向模型提问上，而不是等待它。此外，Visaria 应用中的“工作原理”页面概述了每个求解器如何运作、关键原理和参数，以及要获得良好结果需要注意的要点。

您可以用它学到什么

• 空气动力学。流动如何在物体后方分离，压力在哪里累积，流线显示了什么，移动路面如何改变整体图景，以及形状如何影响阻力。参见虚拟风洞。
• 气体浮力与扩散。气体在流动的空气中如何上升、下沉和混合。参见气体扩散仿真。
• 传热。热传导、对流和辐射与气流的结合，以及散热片为什么要有鳍片。参见热仿真。
• 水。波浪、晃动，以及围绕障碍物的注入和排空。参见水仿真。
• 方法本身。网格是什么，为什么网格尺寸很重要，边界条件起什么作用，收敛是什么样子，每个仿真旁边都有曲线图和诊断信息。

结构分析（FEA），即力、应力和动力学，计划作为未来的求解器推出，目前尚不可用。

第一次使用是怎样的

1. 申请免费 7 天试用。试用密钥会通过电子邮件发送给您，无需付款卡。安装 Visaria 并输入密钥。
2. 打开一个预置场景（汽车外形、散热片、水箱），然后点击运行。
3. 改动一点内容：风速、某种材料、气体进入的位置。观察流动如何变化，然后再改回来。
4. 打开一篇学习中心指南，了解背后的原理，例如散热片为什么要有鳍片，或者什么是回流。快捷链接会直接带您进入对应的场景。
5. 载入您自己的 STL 模型，或在网格构建器中搭建一个，然后对您自己的设计提出同样的问题。

通往专业工具的垫脚石

Visaria 是垫脚石，不能取代专业软件。它的目的，是帮您建立起理解，让这些软件更容易学习，结果也更容易判断。

Visaria 使用较粗的体素网格和为实时运算优化的求解器，因此结果仅供参考。它适合用来观察流动在做什么、比较不同想法，但不适合用来得出需要据以论证的数字。如果作业需要经过验证的结果，请使用经过验证的工具，并向老师请教如何汇报仿真结果。

学生许可证与免费试用

免费 7 天试用包含 Aero、Gas、Thermal 和 Water 求解器、学习中心的示例内容以及社区论坛支持。它不会自动转为付费方案。

年满 16 岁、在大学、学院、高中高年级或同等机构全日制学习的人，可按需申请折扣学生许可证。请使用您所在院校的邮箱发送邮件至 licensing@visaria.dev。如果您未满 18 岁，需由家长或监护人代为申请和购买。教师和讲师可通过 education@visaria.dev 咨询课堂、实验室和院系许可证。标准方案请见价格。

运行所需条件

Visaria 在 Windows 上运行，需要独立显卡：最低为 NVIDIA GeForce GTX 1050 或 AMD Radeon RX 560，推荐 RTX 2060 或 RX 5600 XT 及以上，搭配第 8 代 Intel Core i5（或同等）处理器和 8 GB 内存。Mac 和 Linux 版本即将推出。想确认它能否在您的电脑上流畅运行，免费试用是最快的办法。