Бесплатное ПО для CFD в 2026 году: что может и чего не может каждое

Четыре значения слова «бесплатно»

В CFD слово «бесплатно» означает четыре разные вещи, и от этой разницы зависит, сможете ли вы использовать результат.

Это может значить «бесплатно скачать и изменять» по открытой лицензии. «Бесплатно для студентов, только для учёбы». «Бесплатно до одиннадцатого расчёта». Или «бесплатно для всего, кроме коммерческой работы». Все четыре варианта есть в списке ниже, и все четыре стоят того, если вы понимаете, какой из них у вас в руках.

Коротко: для большинства лучшее бесплатное ПО для CFD в 2026 году это OpenFOAM для общих задач и доступа к исходному коду, SU2 для сжимаемой аэродинамики и оптимизации формы, Ansys Student для освоения коммерческого процесса, если вы студент, и FluidX3D для быстрых расчётов на GPU вне коммерческого использования. В статье приведены ограничения каждого варианта так, как их формулируют их собственные страницы, показано, какую задачу каждый вмещает, а в конце описана проверка на полдня, которая покажет, даёт ли любой из них, бесплатный или платный, правильный ответ.

Варианты в одном взгляде

В таблице три вида «бесплатно». OpenFOAM, SU2, code_saturne и CfdOF это открытый код: его можно читать, менять и использовать для любых целей. FluidX3D можно использовать бесплатно, но лицензия исключает коммерческую работу. Ansys Student и SimScale Community это коммерческие продукты с бесплатным уровнем, который существует, чтобы научить вас продукту; предполагается, что проекты перейдут на платную лицензию.

Что на самом деле разрешает каждая лицензия?

Этот вопрос большинство сравнений пропускает, и именно из-за него у небольших консалтинговых компаний возникают проблемы.

• GPL и LGPL (OpenFOAM, SU2, CfdOF). Эти лицензии регулируют распространение. OpenFOAM Foundation указывает, что GPL не обязывает пользователей публиковать свои изменения и что OpenFOAM может служить основой собственного ПО компании. Обязательство возникает, когда вы распространяете скомпилированные программы: тогда исходный код должен быть доступен тем, кто их получает. Запуск OpenFOAM, чтобы выполнить расчёт для заказчика, это использование, а распространение совсем другое. Таково обычное прочтение GPL, и это не юридическая консультация.
• Некоммерческая (FluidX3D). Бесплатно для исследований, преподавания и личных проектов. Платный расчёт для заказчика это коммерческое использование. Прочитайте файл лицензии, прежде чем вставлять его картинки в коммерческое предложение.
• Только для учёбы (Ansys Student). Условия загрузки гласят, что бесплатные студентские версии предназначены только для учебных целей. Диплом, курсовой проект, участие в конкурсе: да. Подработка для компании: нет.
• Бесплатный тариф (SimScale Community). Тариф описан как бесплатный для пробы и обучения, и после десяти расчётов результаты становятся только качественными. Прежде чем загружать что-либо конфиденциальное, проверьте, видны ли проекты бесплатного тарифа другим; на текущей странице тарифов закрытые проекты указаны как платная функция.

Какую задачу можно посчитать бесплатно?

У каждого варианта свой потолок, и его стоит знать до того, как вы построите геометрию.

Ansys Student: 1 миллион ячеек. В него с запасом помещается любая классическая эталонная задача: каверна с подвижной крышкой, ламинарное течение в трубе, обратный уступ, цилиндр в канале, двумерный профиль крыла. Помещается трёхмерное колено трубы при умеренном разрешении. Грубый пример: если поперечное сечение трубы с пограничным слоем содержит 5000 ячеек, вдоль оси остаётся около 200 ячеек. Промышленная трёхмерная задача внешней аэродинамики, которая обычно гораздо больше, не помещается.

SimScale Community: 2000 ядро-часов. На самом большом экземпляре с 16 ядрами это даёт в часах реального времени:

Для семестра вычислений с избытком. Реальный предел это десять количественных расчётов, так что планируйте их. Одно исследование сетки забирает три.

FluidX3D: память на ячейку. Документация указывает 55 байт на ячейку для решётки D3Q19 со сжатым хранением против примерно 344 байт на ячейку в обычной реализации двойной точности и около 19 миллионов ячеек на гигабайт видеопамяти. На карте с 8 ГБ это даёт ячеек:

Для потребительской видеокарты это замечательная цифра. Помните, что это за ячейки: равномерная декартова решётка, измельчённая везде или нигде, со стенками, представленными на этой решётке. Пограничный слой, который сетка конечных объёмов, связанная с телом, разрешает двадцатью тонкими призматическими слоями, требует мелкой решётки во всей области, иначе он не разрешён вовсе. Для следов за плохообтекаемыми телами и наглядных нестационарных течений это отличный компромисс; для теплообмена на стенке плохой.

OpenFOAM, SU2, code_saturne: ваше железо. Искусственного предела нет. Потолок задают ваша память и ваше терпение. Измерьте его: постройте сетку, запустите расчёт, посмотрите расход памяти на миллион ячеек на вашей машине и планируйте по этой цифре, а не по чьему-то эмпирическому правилу.

Менее ли точно бесплатное ПО для CFD?

Нет, и автоматически правильным оно тоже не становится.

Уравнения, дискретизация и модели турбулентности в бесплатных и коммерческих кодах принадлежат одним и тем же семействам. При одинаковой постановке (та же сетка, те же схемы, та же модель турбулентности, те же граничные условия) результаты должны совпадать близко; статья о сравнении OpenFOAM и Fluent в этом блоге объясняет, где они обычно расходятся: в настройках по умолчанию и в усилиях, нужных, чтобы добраться до хорошей постановки.

Различается то, кто несёт риск плохой постановки. У коммерческого кода проверенные настройки по умолчанию, договор поддержки и большое сообщество, которое встречало большинство ошибок раньше вас. Открытый код даёт вам каждый переключатель и ожидает, что вы знаете, какой из них важен. Точность в любом случае обеспечивает инженер.

Тихая сила SU2: сопряжённый метод

Одна возможность заслуживает отдельного раздела, потому что она есть у немногих бесплатных кодов и мало какое сравнение её объясняет.

Допустим, вы хотите уменьшить сопротивление формы, описанной N проектными параметрами. Очевидный способ найти направление улучшения это конечные разности: менять параметры по очереди и пересчитывать. Это стоит N + 1 решений на один градиент. Сопряжённый метод вычисляет градиент одной целевой функции по всем N параметрам ценой примерно одного дополнительного решения, каким бы ни было N.

Пример расчёта. Профилю крыла, описанному 50 параметрами формы, нужно столько решений на один градиент, конечными разностями и сопряжённым методом:

За оптимизацию из 20 проектных итераций это разница между примерно 1000 решений и примерно 40. Именно дискретный сопряжённый метод делает SU2 широко используемым в исследованиях по аэродинамической оптимизации формы. На практике сопряжённое решение стоит столько же по порядку величины, сколько решение течения, но не ровно столько, так что воспринимайте соотношение как порядок величины.

Что выбрать?

• Студенту, который хочет освоить коммерческий процесс: Ansys Student, если вы подходите под условия, и параллельно OpenFOAM через CfdOF, чтобы видеть, что прячут настройки по умолчанию. Миллион ячеек не станет помехой, пока вы учитесь.
• Студенту или инженеру, который хочет освоить сам CFD: OpenFOAM и маленький собственный решатель. Порядок описан в статье этого блога о том, как научиться CFD.
• Windows и нужен графический интерфейс для OpenFOAM: CfdOF во FreeCAD. Он поддерживает Windows с 7 по 11 и работает с выпусками как OpenFOAM Foundation, так и OpenCFD.
• Mac: проще всего SimScale в браузере. CfdOF сообщает об успешной работе на macOS без широкого тестирования, а FluidX3D указывает ограниченную поддержку macOS.
• Аэродинамическая оптимизация формы: SU2, ради сопряжённого метода.
• Видеокарта и некоммерческий проект с нестационарными наглядными течениями: FluidX3D.
• Небольшая компания с платными заказами: OpenFOAM, SU2 или code_saturne после проверки каждой лицензии под ваше использование. Закладывайте реальную стоимость, а это время: время на обучение, на проверку, на поиск той настройки, которую коммерческий код выбрал бы за вас по умолчанию.

Проверка на полдня для любого ПО для CFD

Что бы вы ни выбрали, бесплатное или платное, посчитайте одну задачу с опубликованным ответом, прежде чем доверять программе что-то важное. Идеально подходят две.

• Каверна с подвижной крышкой при Re = 100 и 1000. Сравните профили скорости на осевых линиях с табличными значениями Ghia, Ghia и Shin (1982). Если на мелкой сетке ваши профили ложатся на их точки, связь давления и скорости и базовая дискретизация работают.
• Цилиндр в канале DFG, вариант 2D-2 при Re = 100. Эталон FeatFlow даёт максимальный коэффициент сопротивления 3,2200 и число Струхаля 0,30188. Если ваш расчёт срывает вихри с этой частотой и достигает этого пикового сопротивления, нестационарный решатель и шаг по времени работают.

Проведите сравнение на двух-трёх сетках, чтобы заодно увидеть, как ответ меняется с разрешением; статья о сеточной независимости в этом блоге показывает, как выразить это числом. Полдня такой работы скажут о коде больше, чем неделя чтения списка его возможностей, и именно эта привычка отличает работу в программе от работы в CFD.

Типичные ошибки и как они выглядят на экране

• Прекрасный результат, который нельзя использовать. Работа сделана на учебной или некоммерческой лицензии, а теперь её хочет заказчик.
• Сетка на 1,3 миллиона ячеек в Ansys Student. Предел 1 миллион. Проверьте до построения сетки.
• Одиннадцатый расчёт в SimScale Community показывает цвета без чисел. Десять количественных расчётов ушли на пробы и ошибки.
• Коэффициент теплоотдачи из FluidX3D. Равномерная решётка не разрешила тепловой пограничный слой. Используйте код для того, в чём он силён.
• Расчёт в OpenFOAM с оставленными настройками учебного примера. Он работает, а ответ относится к течению из учебного примера.
• «Бесплатное значит неточное» или «открытое значит надёжное». Ни то ни другое. Сделайте проверку на полдня.

Что бы сделал я

Если бы я начинал сегодня без бюджета, я бы установил OpenFOAM через WSL в Windows, добавил CfdOF для графического старта, посчитал каверну и цилиндр DFG против их эталонов и держал бы для экспериментов маленький собственный решатель. Будь я студентом, я бы добавил Ansys Student, чтобы параллельно освоить коммерческий процесс, потому что большинство работодателей пользуется одной из таких программ. Если бы нужно было оптимизировать аэродинамическую форму, SU2.

Программы бесплатны. Проверка нет, и именно она придаёт ответу ценность. Если у вас есть результат из любого из этих инструментов и нужно второе мнение о том, выдерживает ли он проверку, для этого существует экспертиза модели, а наш курс по CFD учит привычкам верификации с первого занятия.