CFD培训课程体系（选修）

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课程体系概述

本课程体系在结合企业实际人才需求与主流软件厂商认证体系的基础上，按照学习路径和技术深度，分为基础理论必修、通用软件实战、行业专用软件进阶、前沿技术与认证四个层次，共十二个选修专题。学员可根据自身基础、行业背景和职业规划，选择性修读。

 

第一层次：基础理论必修课

本层次旨在构建扎实的CFD理论基础，是后续所有软件学习的前提，也是企业招聘CFD工程师的核心考察内容。

 

专题一：计算流体力学基础理论

培训对象

• 零基础或基础薄弱的CFD初学者

• 希望系统建立CFD理论框架的工程师

• 高校流体力学、热能、航空航天相关专业学生

• 企业新入职的CFD仿真工程师（岗前培训）

培训目标

• 深刻理解流体力学控制方程的物理意义

• 掌握有限体积法的核心思想与数值计算原理

• 熟悉数值计算的稳定性、收敛性与误差分析方法

• 具备独立判断CFD结果可信度的能力，满足企业仿真质量体系要求

培训内容介绍

1. 流体力学基本方程回顾：连续方程、N-S方程、能量方程的物理意义，守恒形式与非守恒形式

2. 偏微分方程分类与特性：双曲型、抛物型、椭圆型方程的特征，初边值问题的适定性

3. 有限体积法核心思想：控制体积分、通量计算、单元界面重构，商业软件普遍采用的数值方法

4. 数值误差类型与来源：离散误差、舍入误差、截断误差、迭代误差的识别与控制

5. 计算网格基础：结构化网格与非结构化网格的特点、网格质量评价指标（偏斜度、长宽比、正交性）的企业验收标准

6. 边界条件类型与应用：入口/出口边界、壁面边界、对称边界、周期性边界、远场边界的工程应用场景

7. 代数方程组求解方法：直接法与迭代法的原理，商业软件求解器参数设置的含义

8. 时间推进方法：显式格式与隐式格式的稳定性与效率对比，瞬态仿长时间步长选择原则

9. 数值耗散与色散：伪物理效应的产生机理、对计算结果的影响及控制方法

10. 网格无关性验证：网格收敛性分析、GCI（网格收敛指数）计算方法，企业仿真报告必备内容

11. CFD仿真规范与流程：企业级CFD分析标准作业程序、仿真结果可信度评估方法

12. 综合实战：经典流动案例从理论分析到数值求解的全过程

 

专题二：湍流模型与工业应用

培训对象

• 已完成基础理论学习的进阶学员

• 从事复杂流动模拟的工程师和研究人员

• 需要处理高雷诺数工业湍流问题的技术人员

培训目标

• 深入理解湍流的物理本质与数值模拟方法

• 掌握RANS、LES、DES等不同湍流模拟方法的工业适用场景

• 能够根据工程问题合理选择湍流模型，满足企业精度与效率平衡要求

• 理解近壁面处理与壁面函数的工程应用技巧

培训内容介绍

1. 湍流物理基础：湍流的统计特性、能谱级串、各向同性/各向异性湍流

2. 雷诺平均Navier-Stokes方程：雷诺应力、Boussinesq涡粘假设、湍动能方程

3. 涡粘模型系列：零方程模型、一方程模型（Spalart-Allmaras）、两方程模型（标准k-ε、RNG k-ε、realizable k-ε、k-ω、SST）的工业应用场景

4. 雷诺应力模型：各向异性流动模拟，适用于强旋流、大曲率流动

5. 大涡模拟：亚格子尺度模型、滤波尺度选择，企业高性能计算应用

6. 分离涡模拟：RANS/LES混合方法，航空航天和汽车工业广泛应用

7. 壁面处理技术：粘性底层、对数律层、y+值控制、标准壁面函数、增强壁面处理、scalable壁面函数的工程选择

8. 转换模型：间歇因子输运方程、γ-Reθ转换模型，航空航天翼型设计关键工具

9. 湍流模型工业对比与选择：不同模型的优缺点、计算成本权衡、企业最佳实践

10. 高雷诺数工业流动挑战：边界层解析、分离流模拟、激波-边界层干扰

11. 湍流模型验证与确认：NASA湍流建模资源、AIAA标准算例、企业验收标准

12. 综合案例：翼型绕流/车身后视镜湍流模型对比分析与验证

第二层次：通用软件实战课

本层次聚焦市场占有率最高的通用CFD软件，培养学员解决常规工程问题的实战能力。

 

专题三：ANSYS Fluent 工业仿真实战

培训对象

• 使用Fluent进行工业流动仿真的工程师

• 需要解决传热、多相流、动网格等问题的研发人员

• 汽车、航空航天、能源、化工行业技术人员

• 目标获得ANSYS认证的学员

培训目标

• 熟练掌握Fluent求解器设置与收敛控制技巧

• 能够独立完成从几何处理到结果分析的完整CFD工作流

• 掌握稳态/瞬态、可压/不可压、层流/湍流等多种流动类型的仿真方法

• 达到企业中级CFD工程师的软件操作水平

培训内容介绍

1. Fluent软件架构与工作流程：求解器选择（压力基/密度基）、2D/3D模型、串行/并行计算设置

2. 几何处理与流体域提取：SpaceClaim/DesignModeler几何清理、流体域抽取、命名选择创建

3. 网格划分策略（Fluent Meshing）：Watertight Geometry工作流、多面体网格、边界层网格控制、网格质量控制的企业标准

4. 求解器设置详解：稳态/瞬态求解、离散格式选择、亚松弛因子调整技巧

5. 材料物性与边界条件：材料库管理、自定义材料、各类边界条件的工程应用

6. 湍流模型工业设置：模型参数调节、增强壁面处理、湍流强度与湍流粘度比工程估算

7. 收敛性监控与诊断：残差曲线工业解读标准、通量报告、受力/温度监控点设置

8. 初始条件与求解策略：混合初始化/标准初始化、逐步求解策略（先一阶后二阶、先稳态后瞬态）

9. 瞬态流动计算：时间步长选择（CFL条件）、每时间步迭代次数、瞬态残差曲线分析

10. 结果后处理（CFD-Post）：工业报告规范、云图/矢量图/流线图绘制、XY曲线生成、动画制作

11. 参数化与优化：参数定义、自动批处理计算、响应面优化，企业设计优化流程

12. 综合实战：汽车外气动/换热器热流耦合/阀门压降分析全流程

 

专题四：ANSYS CFX 旋转机械与高精度仿真实战

培训对象

• 从事旋转机械（泵、风机、压缩机、涡轮）设计的工程师

• 需要高精度、高稳定性CFD仿真的技术人员

• 航空航天、发电、透平机械行业从业人员

培训目标

• 熟练掌握CFX的涡轮机械专用模块与高精度算法

• 能够独立完成旋转机械性能预测与流场分析

• 掌握共轭传热、燃烧、多相流等复杂物理问题模拟

• 满足能源电力、航空航天企业对高精度仿真的要求

培训内容介绍

1. CFX产品特点与发展历程：基于有限元的有限体积法、高精度数值格式、耦合求解器优势

2. CFX-Mesh网格划分：旋转机械专用网格策略、边界层控制、网格质量优化

3. 涡轮机械建模专题：旋转坐标系设置、级模型、瞬态转子-定子模型

4. 前处理（CFX-Pre）详解：域定义、物理模型选择、子域设置

5. 域交界面技术：混合平面法、瞬态滑移界面法、GGI通用网格接口

6. CFX表达式语言：自定义变量、条件控制、参数化仿真

7. 共轭传热：固体与流体耦合传热、涡轮叶片冷却模拟

8. 燃烧与辐射模拟：涡耗散模型、层流火焰面模型、P1辐射模型、离散传递模型

9. CFX求解管理器：求解监控、收敛控制、并行计算优化

10. 后处理（CFX-Post）专题：旋转机械结果分析、性能曲线提取、流线/涡核可视化

11. 综合案例：静止混合器流动模拟、筒形燃烧室燃烧与辐射、加热线圈共轭传热

12. 涡轮机械综合实战：离心压缩机级性能分析及优化

 

专题五：Siemens STAR-CCM+ 工程应用专题

培训对象

• 使用STAR-CCM+进行多物理场仿真的工程师

• 汽车、船舶、电子散热、能源行业技术人员

• 需要一体化仿真平台（前处理-求解-后处理）的用户

培训目标

• 熟练掌握STAR-CCM+的集成化工作流程

• 能够独立完成复杂几何的网格划分与物理问题设置

• 掌握设计探索与优化功能，提升仿真效率

• 达到西门子认证工程师水平

培训内容介绍

1. STAR-CCM+平台架构：一体化集成界面、仿真流程管理、数据连续性

2. 几何准备与修复：表面修复、特征抑制、流体域抽取、包面技术

3. 多面体网格与边界层技术：体网格生成策略、棱柱层网格控制、网格质量诊断

4. 物理模型选择：湍流模型、传热模型、多相流模型、燃烧模型的工程应用

5. 汽车空气动力学专题：外气动分析、风阻系数计算、风噪初步分析、WLTP法规要求

6. 热管理专题：电池包热管理、发动机舱热管理、除霜除雾性能模拟

7. 船舶与海洋工程：船体阻力计算、螺旋桨性能分析、耐波性模拟

8. 电子散热专题：自然对流/强制对流冷却、散热器优化、热应力耦合

9. 多相流与离散元：颗粒流模拟、气力输送、流化床

10. 设计管理器：实验设计、响应面优化、多目标优化

11. 1D-3D耦合仿真：与Simcenter Amesim联合仿真、系统级热管理

12. 综合实战：电动汽车电池包热管理/整车外气动优化/船舶阻力计算

 

专题六：COMSOL 多物理场CFD仿真

培训对象

• 需要进行流-热-固-电磁等多物理场耦合的研发人员

• 电子、化工、生物医疗、微流体领域工程师

• 高校和科研机构从事多学科交叉研究的人员

培训目标

• 熟练掌握COMSOL的CFD模块与多物理场耦合方法

• 能够独立建立流-热-固、流-传质等多场耦合模型

• 掌握层流、湍流、多相流、多孔介质流动的仿真技巧

• 满足高端研发对多物理场耦合仿真的需求

培训内容介绍

1. COMSOL Multiphysics平台概述：CFD模块架构、物理场接口、求解器特点

2. 单相流（层流与湍流）：控制方程详述、边界条件设置、湍流模型选择指南

3. 管道流模块（1D）：管网系统仿真、与3D模型耦合

4. 多相流模型：分离型多相流（水平集、相场、动网格）、分散性多相流（气泡流、颗粒流）

5. 多孔介质中的流动：Darcy定律、Brinkman方程、多孔介质多相流

6. 流动与传热耦合：自然对流、强制对流、共轭传热、热辐射耦合

7. 流动与传质耦合：稀物质传递、反应流、电化学耦合

8. 流固耦合：移动网格、任意拉格朗日-欧拉方法、双向耦合

9. 微流体专题：电渗流、热毛细效应、液滴形成、混合器设计

10. 非等温流动：浮力驱动流动、自然对流工程应用

11. 求解器设置与收敛性：直接求解器与迭代求解器选择、非线性控制、瞬态设置

12. 综合实战：微流控芯片液滴生成/电子散热热-流-固耦合分析

 

第三层次：行业专用软件与高级工具

本层次针对特定行业和专用场景，涵盖专业网格处理工具、旋转机械专用软件、开源软件及无网格法。

专题七：专业网格处理技术（Pointwise/Fluent Meshing）

培训对象

• 从事复杂几何体网格划分的专业前处理工程师

• 航空航天、汽车、透平机械领域的高端用户

• 需要处理高难度网格问题的CFD分析人员

培训目标

• 熟练掌握Pointwise的各类网格生成技术（结构/非结构/混合网格）

• 掌握Fluent Meshing高级工作流与批量网格处理技巧

• 能够处理复杂工业几何的网格划分挑战

• 具备企业高级前处理工程师的专业能力

培训内容介绍

1. Pointwise软件概述：Gridgen发展历程、市场定位、在F-16/F-22/F-35等军机研制中的应用

2. 基于点-线-面-体的网格思想：几何导入、数据库管理、拓扑结构建立

3. 结构网格生成技术：多块结构网格划分、正交性控制、椭圆PDE光顺

4. T-Rex边界层网格技术：各向异性四面体挤压、边界层与主流区均匀过渡

5. 非结构网格与混合网格：四面体/六面体核心/多面体网格生成策略

6. CAD接口与几何修复：直接读取CATIA/UG/SOLIDWORKS格式、几何缺陷自动清理

7. Glyph脚本编程：TCL/TK基础、参数化自动化网格生成、批处理作业

8. 重叠网格技术：Chimera网格生成、与Suggar++集成、复杂多体问题网格装配

9. Fluent Meshing高级工作流：Watertight几何工作流、Fault-tolerant几何工作流

10. 批量网格处理：Journal脚本录制、网格模板化、大规模并行网格生成

11. 网格质量诊断与优化：企业级网格质量标准、针对不同求解器的网格适配

12. 综合实战：NASA高升力模型四种网格方案生成与对比

 

专题八：NUMECA 旋转机械专用仿真

培训对象

• 从事叶轮机械（涡轮、压气机、风机、泵）设计的工程师

• 透平机械、动力机械行业技术人员

• 需要快速高质量叶轮通道网格的用户

培训目标

• 熟练掌握NUMECA的叶轮机械专用网格生成与求解技术

• 能够独立完成从叶片几何到性能曲线的完整分析

• 掌握AutoGrid自动网格划分与Fine/Turbo求解设置

• 满足透平机械设计企业对专用工具的需求

培训内容介绍

1. NUMECA软件体系：Fine/Turbo、AutoGrid、Fine/Design3D等模块介绍

2. AutoGrid自动网格生成：基于模板的叶轮机械网格划分原理

3. 几何定义与Turbo文件：叶片数据导入、流道定义、叶顶间隙设置

4. 叶栅通道网格拓扑：HOH拓扑、I型拓扑、蝶形拓扑的选择与设置

5. 叶顶间隙处理技术：带间隙叶片的网格生成策略、泄漏流动模拟

6. 分流叶片网格技术：带分流器叶片的网格划分方法

7. 前后缘处理：钝头前缘/尾缘的网格控制、几何公差控制

8. 批量处理与脚本自动化：Batch Processing、多工况自动计算

9. 转子-定子交界面设置：混合平面法、瞬态滑移法、守恒连接

10. Fine/Turbo求解设置：湍流模型选择、转捩模型、收敛加速技术

11. 性能预测与特性曲线：设计点/非设计点计算、性能曲线提取、失速/喘振边界预测

12. 综合实战：离心压气机/轴流涡轮级性能分析与优化

 

专题九：CONVERGE 动网格与燃烧仿真

培训对象

• 从事内燃机、喷油器、燃气轮机燃烧室设计的工程师

• 需要处理复杂运动边界（阀门、活塞）的CFD用户

• 航空航天推进系统、动力机械领域技术人员

培训目标

• 掌握CONVERGE的自动网格划分与自适应加密技术

• 能够独立完成内燃机缸内流动与燃烧模拟

• 掌握复杂运动几何的处理方法（阀门、活塞、转子）

• 满足动力机械企业对高精度燃烧仿真的需求

培训内容介绍

1. CONVERGE核心技术：无网格划分、自适应网格加密原理

2. 复杂运动几何处理：阀门运动、活塞运动、转子运动的网格策略

3. 完全耦合化学动力学：SAGE详细化学反应求解器、机理简化与导入

4. 喷雾与雾化模型：KH-RT破碎模型、碰壁模型、蒸发模型

5. 内燃机缸内过程：进排气流动、喷雾混合、点火、燃烧排放（NOx、Soot）模拟

6. 燃气轮机燃烧室：贫油预混燃烧、火焰稳定、回火预测

7. 喷油器内部流动：空化模拟、闪急沸腾、近场喷雾解析

8. 共轭传热：缸盖/活塞热负荷分析、热-结构耦合

9. 流固耦合：阀门/叶片流致振动分析

10. 后处理与排放分析：燃烧诊断、排放物生成机理、与试验对标

11. 氢气燃烧专题：氢内燃机/氢燃气轮机燃烧模拟、NOx控制

12. 综合实战：柴油机/汽油机缸内燃烧过程全循环模拟

 

专题十：OpenFOAM 开源CFD与二次开发

培训对象

• 需要自主开发求解器或修改代码的研究人员

• 希望摆脱商业软件许可证限制的企业用户

• 高校和科研机构从事CFD算法研究的人员

• 航空航天、国防等对自主可控有要求的单位

培训目标

• 掌握OpenFOAM的架构与文件结构

• 能够独立完成OpenFOAM的算例设置与运行

• 掌握自定义求解器与边界条件的开发方法

• 具备企业开源CFD工具链部署能力

培训内容介绍

1. OpenFOAM概述：OpenFOAM基金会版本、ESI版本区别、Linux环境配置

2. OpenFOAM架构解析：文件结构、字典文件、类型继承关系

3. 网格生成与转换：blockMesh、snappyHexMesh、第三方网格导入

4. 基础求解器应用：simpleFoam（稳态不可压）、pisoFoam（瞬态不可压）、rhoCentralFoam（可压缩）

5. 边界条件与初始条件：常用边界条件类型、自定义边界条件实现

6. 湍流模型与传热模型：库选择、模型参数调整、添加自定义模型

7. 多相流求解器：interFoam（VOF）、multiphaseEulerFoam（欧拉多相流）

8. 动网格与重叠网格：dynamicMesh、六个自由度运动、overset网格

9. 并行计算：区域分解法、MPI并行、负载平衡

10. 自定义求解器开发：C++编程基础、添加新方程、修改现有求解器

11. 函数对象与后处理：运行时计算、数据提取、与ParaView集成

12. 综合实战：基于OpenFOAM的翼型气动分析/搅拌槽多相流模拟

 

专题十一：Dassault Systèmes CFD 解决方案（XFlow/SIMULIA）

培训对象

• 使用达索系统SIMULIA产品的用户

• 需要无网格法/粒子法CFD仿真的工程师

• 涉及复杂运动、自由液面、流固耦合问题的技术人员

培训目标

• 掌握XFlow的无网格法（格子玻尔兹曼/LBM）原理与操作

• 能够独立完成涉及复杂运动的CFD分析

• 理解与Abaqus的流固耦合联合仿真方法

• 满足高端装备、建筑工程对大规模CFD的需求

培训内容介绍

1. XFlow技术特点：格子玻尔兹曼方法原理、无网格法优势、自适应细化

2. XFlow用户界面与工作流程：几何导入、仿真设置、求解运行、后处理

3. 单相流设置：边界条件、湍流模型（LES、WMLES）、壁面处理

4. 多相流与自由液面：VOF与LBM结合、波浪模拟、液体晃动

5. 复杂运动处理：移动物体定义、六自由度运动、流固耦合

6. 格子细化策略：静态细化、自适应细化、细化区域定义

7. 后处理专题：瞬时流场可视化、力/力矩报告、数据导出

8. SIMULIA PowerFLOW简介：达索系统工业CFD解决方案、汽车气动噪声应用

9. 与Abaqus联合仿真：FSI双向耦合、数据映射、结构响应分析

10. 建筑工程应用：建筑风环境、自然通风、污染物扩散

11. 运动装备空气动力学：自行车/赛车/运动员空气阻力分析

12. 综合实战：车辆涉水/船舶自由液面/阀门开启流固耦合分析

 

第四层次：前沿技术与企业认证

本层次涵盖多学科优化、人工智能融合以及主流软件厂商认证体系。

专题十二：多学科优化与AI增强CFD

培训对象

• 需要将CFD集成到设计流程的研发工程师

• 从事多学科设计优化的系统工程师

• 关注AI与CFD融合前沿技术的技术人员

培训目标

• 掌握CFD与优化软件（Isight/OptiSLang）的集成方法

• 能够进行实验设计与响应面建模

• 了解AI/ML在CFD中的应用现状与发展趋势

• 满足企业数字化转型对仿真自动化的需求

培训内容介绍

1. 多学科设计优化基础：设计变量、约束条件、目标函数、Pareto前沿

2. CFD流程自动化：批处理脚本、Journal录制、软件集成接口

3. 实验设计：全因子、正交试验、拉丁超立方、最优拉丁超立方

4. 近似模型：RSM、径向基函数、克里金模型、神经网络

5. 优化算法应用：梯度优化、遗传算法、粒子群算法、多目标优化

6. 可靠性分析与六西格玛设计：蒙特卡洛模拟、响应面可靠性分析

7. 稳健性设计：Taguchi方法、敏感度分析、容差设计

8. AI增强CFD现状：约40%的CFD软件用户正在利用AI/ML提高仿真精度

9. 降阶模型：基于本征正交分解的降阶、实时CFD预测

10. 物理信息神经网络：融合物理方程的深度学习、反问题求解

11. 基于云的CFD：约35%的企业使用基于云的CFD解决方案

12. 数字孪生与实时仿真：模型降阶、实时数据融合、数字孪生体构建

选修路径建议

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