小白学CFD｜10 编程

Posted 2021-04-27 CFD之道

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了小白学CFD｜10 编程相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

小白经过大半个多月对于CFD的学习，终于对其大概轮廓有了初步的了解，尤其是在与小牛师兄交流之后。

小牛师兄毕竟是专业学流体力学的，小白认为在流体力学理论方面自己与牛师兄至少存在5年的差距。不过小白并不气馁，照江师姐的话说，”内功需要自己慢慢积累，武侠电影中的那种灌顶大法是不存在的“。小白认为当前自己的主要任务是把软件FLUENT用熟。

小白在网上找了一些学习FLUENT应用的论坛，也加了一些QQ群，不过他更习惯自己去思考去总结。这天小白被一个QQ群里争论的话题引起了兴趣。这话题是关于CFD软件与计算机编程之间的关系，有人说"只有精通了编程才可能成为CFD高手“，也有人说”CFD只是工具，会不会编程都不重要“，也有中间派说”CFD是工具，但是熟悉编程会更有利于使用这一工具“，众说纷纭吵得不亦乐乎。小白自认学CFD时日尚短，插不上话只好搬凳子围观。

中午在食堂吃饭的时候，小白碰到了小牛师兄，几天没见也不知道小牛师兄最近在忙些啥。

“牛师兄，这么巧啊”，小白端着饭碗坐到了牛师兄的对面。

“恩，最近在忙些啥呢？ ”牛师兄问道。

“还不是在学CFD软件，照着实例依猫画虎呢，进展很慢啊”小白很无奈的说。

“不用急，软件这东西很容易学的，多练几次就有感觉了。 ”牛师兄安慰道。

“嗯，牛师兄，你说我需要学编程么？今天在网上看有人说要学CFD必须精通编程，也不知道是不是真的。 ”小白将群里的争论说给牛师兄听。

“你以前学过编程没有？ ”牛师兄问小白。

“读本科的时候学过C语言，知道基本的语法编过小的练习程序，没有真正用过。 ”小白据实回答。

“那还行，有基础就好办。 ”小牛师兄说。

接下来小牛师兄在饭桌上说起他对于软件和编程之间关系的认识。

1 关于编程

人们谈起编程，总是认为这是一个高大上的职业。为什么会觉得高大上呢？无外乎这几个原因：

编程人员（亦称程序猿）拿的薪水很高。如果做的不是高大上的事情，凭什么拿这么高的薪水？
编程行当门槛比较高，一般人难以进入。
计算机程序能够做很多人脑难以完成的工作，编程者自然就能做很多普通人难以完成的工作

说了那么多，这跟CFD有什么关系呢？

CFD离不开计算机，也离不开计算机程序。但是问题在于“使用别人的程序就真的很low么？”

我老家在南方农村，小时候过年的时候家家户户要做年糕，就是那种用糯米蒸熟的饼饼。这玩意儿吃起来好吃，做起来却特别的费劲，这些年基本上都没什么人做了。去年寒假回家的时候突然发现市面上居然有卖，打听之下才发现已经有了做饼饼的机器了，当时还特别去参观了一下，制作流程特别的简单，将米放进料斗，饼饼分分钟就从下料口出来了，特意买了些回去品尝，虽然有人说口感没有手工制作的好，但我却没感觉出来。实际上诸如此类的例子生活中比比皆是，比如说做饭，以前农村用柴火煮饭，费时费力还一不留神把饭烧焦，现在用电饭锅做饭，省时省力味道也不差。

之所以举这些例子，只是想说明“工具的作用是为了解放我们的双手，工具的特性是在使用工具的过程中不需要考虑工具是如何制造的”。对于你在用机器做饼饼、用电饭锅烧饭的时候，需要思考饼饼机和电饭锅的工作原理么？当然如果你的工作是制造这些机器的话，那自然是需要仔细地了解这些机器的工作原理。话说回来，程序的作用是帮助人们完成工作，而不需要在使用程序的过程中思考程序是如何编制的。

小白吃着机器做的馒头，觉得味道还不错。并没有觉得机器做的馒头没有灵魂。

2 关于CFD的工具论

CFD是工具么？不同人群对这一说法可能存在不同的见解。有的人眼中CFD是一套理论，一套关于如何数值求解流体流动控制方程的理论，这些人分布在计算机和数学专业，他们关注算法的实现和效率。而在工程师的眼中，CFD那就是一工具，他们关注的是工程问题，最多就是把工程问题抽象成控制方程，至于这方程如何求解则不必过多的考虑，因为有现成的工具可以做这一工作。

应当给予工具足够的信任。要使用工具而又不信任工具是一件很痛苦的事情，当然如果有能力改造工具的话，那可以极大的缓解这种痛苦。
分清到底是人的问题还是工具的问题。很多人事情没做好往往不从自己身上找原因，利用CFD软件也一样，算出来的结果不好通常都认为是软件功能的缺陷，你要是问他有什么证据他又说不出来。在很多时候，计算结果不好往往是我们没有将工具使用好，而不是工具本身的问题。

小白：使用工具和制造及改造工具，是人类区别于猴子的重要特征之一。

3 CFD编程到底有用没？

肯定是有用的。毋庸置疑任何技能都是有用的。其实问题不在于编程有没有用，而在于学习编程的时间成本对于CFD技能的提升是否划算？对于将CFD当做工具的人群来说，其实只需要掌握少量的编程知识即可完成绝大多数工作了。编程在此体现为CFD工具软件的二次开发上，而不是要我们从头到尾的将CFD程序写出来。

这些CFD工具的功能扩展通常采用用户编程来实现，不同的软件采用的程序语言有较大差异。比如说FLUENT利用的C语言，CFX利用的是Fortran，STAR CCM+利用JAVA和Fortran，还有一些软件利用脚本语言，如Python，TCL/TK、Lisp等等。其实在工作中软件功能扩展工作进行得并不是特别多，更多的是做一个功能封装，这可能是利用高级语言写一个GUI再配合软件脚本来实现，其实很简单。

牛师兄：如果有足够的时间和精力，不妨学习CFD编程，从内部了解CFD软件的运作机制，对于CFD软件的使用有非常大的帮助。

4 利用编程来学习CFD

利用编程来学习CFD？当然是很好的做法，但是可能要消耗大量的时间，恐怕只有学生党才玩得起。企业人员哪里有这功夫玩这个哟。不过也不排除工程上用一些开源CFD求解器，逼迫研发人员去学习这些求解器的内核源代码，这可是个苦逼的工作，时间成本也很高。就好比说士兵为了提高射击精度而花费大量时间研究枪炮原理一样。