流變學(xué)并不難，只要抓住核心思想，理解核心概念，就能輕松應(yīng)用！

我們研究材料的流變學(xué)，一定是希望了解它在某些特定的運(yùn)動(dòng)下的行為；除了定性地理解，最好是有什么方法能夠準(zhǔn)確地計(jì)算并預(yù)測(cè)出流體的行為。

這就是CFD軟件的目標(biāo)。

CFD軟件

計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（Computational Fluid Dynamicss, CFD）是控流體力學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，是傳熱、傳質(zhì)、動(dòng)量傳遞、燃燒、多相流、化學(xué)反應(yīng)研究的核心技術(shù)。

CFD軟件是以有限元原理（本文用“有限元”的廣義涵義來(lái)代表一大類(lèi)數(shù)值計(jì)算方法，包括有限單元法、有限體積法、有限差分法等）為基礎(chǔ)的，因此其本質(zhì)還是求解偏微分方程；這一類(lèi)軟件已經(jīng)是目前人類(lèi)科學(xué)與工程研究的核心工具，廣泛應(yīng)用在幾乎一切科學(xué)及工程領(lǐng)域——

理解多物理場(chǎng)有限元原理：固體力學(xué) &傳熱學(xué) &流體力學(xué) &電磁學(xué)

Polyflow發(fā)展歷程

既然是“計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)”，那么，是否也包含非牛頓流體的計(jì)算呢？

當(dāng)然，雖然高分子領(lǐng)域的材料行為比較復(fù)雜，但是既然有需求，就一定有聰明的頭腦投入開(kāi)發(fā)。

早期有一款著名的針對(duì)高分子加工的CFD軟件——Polyflow。一聽(tīng)這個(gè)名字就知道它是專(zhuān)門(mén)研究高分子流變的，在1982年由比利時(shí)大學(xué)開(kāi)發(fā)，具有強(qiáng)大的解決非牛頓流體和非線性問(wèn)題的能力。

1997年，Polyflow被美國(guó)的Fluent公司收購(gòu)，成為通用流體動(dòng)力學(xué)軟件的一部分，其優(yōu)秀的前處理模塊Gambit也融入Fluent，成為核心的競(jìng)爭(zhēng)力之一。

1999年，北京理工大學(xué)陳晉南老師率先引進(jìn)了Polyflow軟件，并建立了化工過(guò)程數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)室。

2006年，有限元軟件ANSYS收購(gòu)了Fluent，所以，我們今天看到的ANSYS，是包含了許多年、許多智慧頭腦的結(jié)晶。

上面的歷程其實(shí)反映出有限元軟件的一個(gè)發(fā)展規(guī)律，即：專(zhuān)用領(lǐng)域CFD→通用CFD→通用有限元軟件

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高分子領(lǐng)域CFD軟件

除了上面講過(guò)的Polyflow(Fluent, ANSYS)以外，還有許多可以做高分子流變計(jì)算的軟件，比如PHOENICS（英）、GAUSSIAN（美）、MATERIALS STUDIO（美）、star-ccm （德）。

那么我們不禁要問(wèn)了，怎么全是歐美的軟件，中國(guó)人沒(méi)有自己的商用高分子流變計(jì)算軟件么？

沒(méi)有。至少?zèng)]有可商用的。

原因很簡(jiǎn)單，這種軟件看起來(lái)好像不難，但是需要多年的人才和技術(shù)積累，并且可能面臨著多年的大量的研發(fā)投入；也正因如此，才有了各種公司的并購(gòu)，目的就是吸納別家公司積累多年的技術(shù)與人才。

有一個(gè)問(wèn)題

做過(guò)有限元仿真的同學(xué)，尤其是研究過(guò)多物理場(chǎng)計(jì)算的同學(xué)，比如用過(guò)ANSYS，很可能會(huì)有一種感覺(jué)——“為什么同一個(gè)軟件內(nèi)部，不同的模塊之間差別那么大，數(shù)據(jù)的傳遞都非常困難呢？”

通過(guò)上面關(guān)于軟件并購(gòu)歷程的分析，我們知道了，目前大型的商用有限元軟件，大都是收購(gòu)產(chǎn)生的，這一定會(huì)導(dǎo)致整合的問(wèn)題，畢竟不同公司的設(shè)計(jì)理念、操作流程極有可能都是不同的。

那么，有沒(méi)有什么軟件，能夠無(wú)縫地仿真多個(gè)物理場(chǎng)，而且界面統(tǒng)一，數(shù)據(jù)傳輸簡(jiǎn)潔呢？

還真有一個(gè)，就是最近幾年強(qiáng)勢(shì)崛起的COMSOL，為多物理場(chǎng)仿真而生，所有的模塊都無(wú)縫整合在一個(gè)界面中，使用起來(lái)完全沒(méi)有區(qū)別，大大降低了對(duì)于多物理場(chǎng)仿真的學(xué)習(xí)時(shí)間。

COMSOL用好了，真的是無(wú)所不能，感興趣的同學(xué)可參見(jiàn)專(zhuān)欄《解析前沿科技底層多物理場(chǎng)原理》，如：

理解多物理場(chǎng)前沿科技：雀巢美食里的甜蜜仿真

最后的話

10堂流變學(xué)的專(zhuān)欄至此就結(jié)束了，其實(shí)流變學(xué)的內(nèi)容比較龐雜，許多問(wèn)題還有多種解釋的理論，甚至沒(méi)有比較好的理論；咱們用10課專(zhuān)欄，全面地、本質(zhì)地理解了流變學(xué)中的最核心的概念、原理和工具，相信對(duì)于大部分小伙伴來(lái)說(shuō)，可以實(shí)現(xiàn)用最少的時(shí)間，掌握流變學(xué)的核心。

科技千里眼優(yōu)質(zhì)科普系列專(zhuān)欄 和你一起，抓住核心思想，提煉學(xué)科精華，重構(gòu)知識(shí)體系，用生動(dòng)極簡(jiǎn)的語(yǔ)言，極速理解學(xué)科精要，輕松掌握學(xué)科應(yīng)用。