自学CFD：我在实习岗速成无人机设计和仿真的故事

导读：在仿真秀平台（官网和APP），不仅有成千名优质内容创作者（讲师），还有上万名可爱的学习型研发工程师（含企业及科研机构）和理工科院校学子。在这些人中间，他们孜孜不倦、默默无闻的创作知识、交流技术经验和付费学习，常常莫名让人感动。

古稀老人(博导/教授)在仿真秀App学习

今天，我将带领大家认识一位初始计算流体力学，在仿真秀平台自学CFD的经历。这是一个比较长而真实的故事，也是一名小白从零开始接触流体分析，从思绪混乱到有的放矢，从懵懂迷茫到自信坚定的过程，并完成分析任务的切身经历。以下是正文：

一、写在前面

大家好，我叫Jack（硕士在读），目前在企业实践学习。

作为一名门外汉，初识计算流体力学，经历了盲目无措、乱做一气，查资料找经验毫无进展，直到从B站遇到了Graychen老师。后转移到仿真秀平台系统学习，如今已完成了工作学习任务，得到了较好的结果。以下是我自学仿真的故事，也可能现在或者将来发生在你身上。

二、跌跌撞撞，开启长达一季的流体分析

2020年12月，在实习单位，我接到的任务是做无人机的流体分析和仿真，从零开始的我一头雾水，只得先从百度寻找经验分享贴，奈何只是皮毛，并没有针对性地介绍，更不用说是详细的文字教程或视频教程，但是还是根据一些所谓的经验进行了建模，现在回头看浪费了大量的时间。

于是乎，转战B站，众所周知，该平台有众多学习资源供大家共享，有很多UP主也分享了不少的流体分析教程，但针对于无人机的分析少的可怜，于是这一阶段又浪费了近一周的时间，毫无进展。

当时，看到有一个大疆无人机的流体分析师看视频来，引起了注意，遂在B站与Graychen老师取得联系，观望了两天，感觉他的言谈举止及态度是可信的，后根据仿真小助手的推荐，在仿真秀官网订阅精品课-无人机设计仿真，于是开始了与Graychen老师长达4个月的交流……

无人机设计仿真-工程实际案例13讲-掌握Fluent气动仿真和Isight优化设计能力

三、为老师不厌其烦的答疑点赞

订阅无人机固定翼系列课程之后，通过仿真秀官网和App都可以观看，非常方便。并且跟大家一样，添加了Graychen老师的私人微信，被拉到了VIP交流群中，开始了边看课程边做分析、做分析回看课程的无休止的循环。

刚开始学习过程中，我没有太多的耐心，因此导致课程没有完全看懂就开始自己的模型分析，因此可能导致建模、网格划分、计算域设置等等一系列工作中出现小问题，看到结果与教程不一致便截图甩给Graychen老师，不停的发问，在我印象中，这段时间数十次的问老师问题，但他每次都会在第一时间回复。记得有一次是在晚上十点以后，老师给我发语音进行解答，并且针对提出的个性化问题提供个性化的解答方案。

在此，根据我的经验，给各位朋友提个建议：“一定要耐心观看视频教程，至少要认认真真地把操作流程看完一遍，然后跟着做一遍，每一步都要核对，避免因为小问题导致全盘的错误，而且还需要浪费老师的宝贵时间给各位答疑。因为大部分遇到的问题，在视频里面是有讲过的。总而言之，为Graychen老师不厌其烦的为我答疑点赞，毕竟这样的好老师真的不多见！

四、多旋翼无人机气动特性分析案例

目前，已经根据Graychen老师的教程，将无人机的气动特性基本完成，并且借助老师课程末提到的瞬态计算方法，顺利的模拟除了无人机飞行过程中的姿态。非常感谢Graychen老师以及仿真秀平台团队里的各位老师，希望能够帮助更多的对流体感兴趣的朋友们快速成长，当前我正在学习Graychen最新发布旋翼类飞行器仿真设计精品课（欢迎大家一起订阅，加入老师的vip群交流学习）。

旋翼类飞行器Fluent气动仿真12讲- 获得动网格/流固耦合/离散相/6DOF/UDF等仿真技能

接下来，根据Graychen老师的大疆无人机流体分析视频教程，我对多旋翼无人机进行了气动分析，从零基础完成了无人机转动的瞬态仿真、力矩、升力等参数的计算和监测。绝大部分内容是按部就班根据视频教程完成的，现将我学习过程中遇到的困难和解决方式简单分享给大家，希望能够提供少许参考。

1、操作步骤简述

• 模型建立及预处理

Graychen老师课程中是用到的SC进行模型的建立，本人的分析的多旋翼无人机因为有solidworks三维模型，因此直接将sw模型导入SC中，进行简化和预处理。由于其电机、起落架等对整体流体分析的结果影响可以忽略，故直接将电机零件删除，并且将起落架的倒角、圆角等进行了简化，并且根据视频教程，进行了流域的建立以及不同组的划分及命名，使网格划分更加简便。将简化模型进行保存成sdoc格式。

• 网格划分及质量提升

将sdoc格式模型导入Fluent，导入时将选项设置为保存PMDB中间文件。模型导入完毕，对面网格进行初步划分，由于模型比较大，本案例设置的全局尺寸为最小尺寸为2，最大尺寸为400。本着内密外疏的原则，将内域尺寸范围设置为2-20，外域尺寸范围设置为2-400。全部设置完毕后，将所有流域重新划分网格并保存，并保存为尺度函数文件。将PMDB文件再次导入，对网格连接质量进行诊断，分别标记自由面、点接触等项目，按照软件提示进行网格优化与修改，确保网格质量符合要求。

• 计算域划分

网格优化完毕后，按照已经形成的内外域，依次进行计算域的创建。将内域中的几何模型的部分区域类型全部改为dead，将内外域类型更改为fluid，然后进行体网格自动划分即可。

• 计算条件设置

直接从上述设置好计算域的页面转入slution界面，设置全局长度单位为mm，并将转速单位设置为rpm，选用k-omega、SST湍流模型进行计算。将边界条件逐一设置为参考系运动，按照三维模型各螺旋桨中心坐标设为旋转中心，转速设置为合理值约3000rpm，设置完毕后进行混合初始化，并运行计算，设置迭代次数并根据实际计算情况，直至收敛为止。

• 结果处理

根据视频教程中介绍的，计算直到收敛后，可以直接在Fluent页面中查看结果，但可能造成机器的卡顿，最好导入CFD-post中进行云图、流线的绘制。模拟瞬态旋转视频，需要在计算时也就是本案例操作步骤的第4步，选择瞬态计算，计算结果导入CFD-post中按照视频教程操作即可完成仿真视频的保存。

• 完成

将结果保存，完成流体分析。

2、问题及对策

• 网格问题

若要分析的模型比较大，网格划分过程中的外域尺寸可以适当调大，减少网格个数，提高速度。但是，内域要多尝试几遍，找到合适的尺寸，建议不要太小，当然不能太大，太小造成网格数量骤增，划分复杂；太大造成螺旋桨等部分划分出来之后有缺失。

• 内存问题

本案例分析过程中，遇到最多的问题就是内存不够的问题，也因为这个问题多次麻烦Graychen老师，目前用的机器运存48G，12线程，能够轻松解决。个人分析，造成内存不足的很大一方面的问题是因为网格数量太多造成的计算负担比较重，因此，网格划分是至关重要的，要找到合适值。

• 中间文件保存

Graychen老师在课程中也讲到，要注意保存面网格。本人的做法是将上述操作步骤中，能保存的文件都保存了，并且用拼音进行的命名，比较条理。一定要多保存几次，不然就要重新开始……

以上就是本人从入门到完成多旋翼无人机的流体分析案例内容的简单总结，限于作者水平和软件操作习惯等因素，错误必然很多，对于文中不正确的地方，欢迎大家批评指正。

下面是Graychen老师在仿真秀平台上的主页