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第3部分:半综合软件

半综合CFD软件 - 对顶部竞争者的评论

在我们的原始帖子中,我们将最高的CFD软件类定义为“全面”。以下是我们用于将软件包分类为“全面”或不归类的标准列表。

  • 从不同来源进口复杂3D实体和表面几何形状的能力

  • 一体化工作流程,包括预处理,仿真和后处理

  • 广泛的多物理天下足球能力

  • 有效的数据架构,数值方法和不同硬件和软件配置的利用率

  • 供应商启动了物理和数值方法的验证和验证

  • 用户编码和/或命令行操作的有限要求

在本节中,我们正在讨论努力成为全面,多物理工具的软件包,但在我们看来,在某些方面差不多了。有许多可用的CFD软件包可谓半全面,我们不可能审查它们,并且仍然可以获得任何真正的工作。所以在这里,我们基于其大用户群和​​/或其潜力全面地关注此类别的三个软件包: COMSOL Multiphysics., 汇合差价合约, 和 numeca omnis.。如果我们有更多时间,我们将喜欢审查这一半综合类别中的一些其他软件包 Altair Acusolve., 流动科学流动-3D,MSC SC / TETRA, 和 SimScale..

这里讨论的所有三种工具都有可能在正确的背景下极为有价值。

示例#1:comsol multiphysics

COMSOL于1986年7月成立,瑞典斯德哥尔摩总部设立。该创始人是埃德·埃德州教授的前博士生,最初与我们合作 Mathworks. 作为欧洲经销商 马铃薯。在此期间,COMSOL开发了自己的软件,称为 femlab. 这扩大了MATLAB在求解部分微分方程中的能力。首先,Femlab取决于Matlab发动机,而是当两家公司在2004年分开的时候,Comsol开发了他们自己的有限元的啮合和解决例程。与MATLAB一样,该软件被视为具有用于在各种物理域中创建和执行天下足球的工具箱组件的平台。早期成功主要与大学和研究实验室,包括密切合作 Chalmers 和斯坦福等。

2005年,Femlab被称为Comsol Multiphysics(COMSOL)。利用图形用户界面(GUI)与“MATLAB等”编程接口相结合,研究人员可以使用FEMLAB工具自定义分析,以在多维中解决其特定的物理应用,从未如前所述。 COMSOL非常整齐地填充了MATLAB缺乏空间离散化的差距,并且基于GUI的更广泛的GUI,诸如ANSYS的空间求解器,缺乏易于使用的编程界面,允许将通用解决方案常规应用于研究员特定的微分方程和边界条件。

虽然最近作为通用工程工具销售,但传统上由研究人员使用的康塞尔比工程师更多地使用。然而,COMSOL一直在努力改变这一点,试图在没有疏远他们历史上研究为导向的用户群的情况下增加针对工程师的易用性之间进行线程。

基本界面& Workflow

COMSOL Multiphysics. 5.4图形用户界面

幸运的是你,在解决的分析中,我们都是关于做努力工作所以你不必。让我们开始看看COMSOL接口和工作流程。 COMSOL推荐的第一步是使用“模型向导”选项来指定要天下足球的多物理问题的性质,例如问题是2-D或3-D,物理学将是什么包括,以及问题是否是稳态或时间依赖。完成此步骤后,用户进入工作流的“模型构建器”部分。

与大多数多体仿真软件一样,首先是创建或导入的几何图形。 COMSOL GUI包括一组计算机辅助设计(CAD)工具,用于1-D,2-D和3-D的几何模型,但在大多数工程情况下,从现有的3D实体导入曲面文件更有效模型或使用公司3D实体建模软件中的更复杂的工具创建新几何。 “Model Builder”窗口左侧的模型资源管理器显示后随后用于定义天下足球参数,边界条件等的菜单项。

COMSOL Multiphysics. V5.4产品套房

物理建模能力

COMSOL采用并仍致力于MATLAB模型,根据需要,被许可方购买平台和其他“工具箱”或模块,以适应其项目要求。这些工具箱包含您需要设置的内容并执行特定于域的问题。最初由化学工程,电磁和结构力学模块组成,该名单现在已经发展到40多个,如最新所示 产品套房 以下图表。在CFD模块中,COMSOL提供了各种多相模型,包括用于自由表面界面跟踪的电平设置方法,欧拉欧拉分散的相模型和拉格朗日粒子跟踪模型。使用单向或双向耦合程序可以进行流体结构相互作用。可以天下足球所有类型的流变学,包括牛顿,粘弹性和其他非牛顿行为,以及多孔介质内的流动。还有一些 湍流墙模型 和湍流子级级模型可用,包括最近添加的V2-F湍流墙模型。读者应记住,尽管所有这些物理能力可以组合,但它们的组合可能需要以实质的额外成本单独购买的模块。

CAD清理和啮合

新用户将在大多数COMSOL工作流文档中使用几何创建工具来找到从头开始创建几何形状的首选。鉴于它的遗留为Matlab附加组件,这并不令人惊讶。这 COMSOL几何创作工具是一流的课程之一。然而,这种工作流程根本不与快节奏的产品工程世界对齐,在大多数情况下,在大多数情况下具有重要复杂性预先表现的3D实体模型。 COMSOL适用于CAD导入和Livelink模块的融合。

在基本包中,只有STL文件可供使用。购买CAD导入模块将导入能力扩展到包括SAT,步骤和IGES文件格式,以及本机Inventor,NX,Pro / E和SolidWorks零件或组件。 CAD模块的Livelink进一步扩展了天然3D实体模型和仿真环境的互操作性,包括参数通过,可以特别有用于优化研究。

COMSOL四面体网与艾哈迈德身体边界层中的棱镜元素

COMSOL已经实现了几种有用的几何修改工具。首先,可以在3D实体模型文件中指定的单个实体和其他功能 在进口中保留 简化了模型设置。其他有用的功能包括能够 从进口点或表面网格创建3D实体体,加入尸体在导入机构中, 表面清洁和修理工具, 和 自动联系对定义.

通过两个工作流之一实现网格:物理控制或用户控制的啮合。可以为任何一个工作流指定的3D元素包括四面体,六份子,金字塔或棱镜,默认是四边形。在存在多个区域的情况下,每个区域可以单独地用由首先在网格化序列中定义的区域的尺寸定义驱动的共形节点接口来啮合。我们在下图所示的边界层中的棱镜元素创建了主要的四面体网状物,没有太大困难。在唤醒区域中实现精制网格,或用主要流动方向对准四边形元素,证明更困难,还需要另外 分区CAD地区.

天下足球

每当用途时 有限元法产生局部微分方程溶液的数值近似,该方法需要假设分段线性 形状功能 定义解决方案如何在空间离散的节点之间变化。通过高阶形状函数的组合或通过增加节点放置的密度,可以获得更高的溶液近似的解决方案的近似值。 它被争辩说 对于增加形状函数顺序的线性静态问题比增加节点的数量更有效。 它也被争辩说 控制方程的顺序可以用作假定的形状函数的顺序的基础。

然而,有问题地,如果假设高阶元件,则控制流体流量的Navier-Stokes方程的非线性导致数值不稳定。在这种情况下,只有线性元件可以与通过各种方法添加的人工消散\离子组合使用以保持稳定性。对于多体性问题,包括流体流动,然后,流体流场的一阶离散化在整个模型中使用一阶元件来证明。可以说也是如此 用固体力学将传热与固体中的传热存在的问题。使用线性形状函数的高节电片密度的要求是多体仿真中有限元模型的显着缺点,因为内存要求快速成为解决方案准确性的限制因素。此外,天下足球的域分解的并行化不会在升高处理功率上表现出溶液时间线性降低,因为它们为有限体积方法进行了。这些数值低效率是最普遍的CFD代码基于有限卷方法的原因之一,以及为什么在我们的估计中,COMSOL缺乏全面的软件分类。

后期处理

COMSOL流线线和表面轮廓图

COMSOL后处理高度可定制,但以效率和可访问性为代价。用于获得表面轮廓图和流线图的方法是相对简单的和无痛的,尽管所得到的图形缺乏一些其他领先的CFD包或专用后处理包的影响因子。在下面的例子中,我们开始使用先前在图1中引入的海洋船只,并且仅在自由表面处用滑动墙条件移动穿过壁的船体拖动。理想情况下,我们将从更优雅的可视化中受益,该可视化包括船舶作为在流量可视化上分层的透明对象,但无法将表面文件(输入)的可视化与结果的可视化相结合解决方案域(与与液体相对应的区域的表面文件的减法对应的网状体积)。颜色表和标题控制也有限乏味。这种血压是关于模型预测的性能的琐碎,但仍然是, 可视化是工程过程中令人难以置信的重要部分.

在COMSOL中的后处理的另一个方面是我们不喜欢的依赖于创建表达式来执行常规计算。例如, 检查质量,动力和能量正在被保守 在我们的天下足球中,我们需要创建指定COMSOL内部变量的曲面或体积集成的派生值,从而需要了解程序语言变量表达式。另一个例子是 计算攻击角度的拖曳和校正,都需要耗时的用户交互。其他领先的软件包使得这种常见的流体动力学数量更容易获得直接输出。

许可和成本

最后检查,可以购买节点锁定的永久的COMSOL许可证 约10,000美元。要每年维护此许可证,并提供支持,最新的软件更新将增加20%(2,000美元)。 CFD模块可以额外购买10,000美元和20%的维护。流体结构相互作用问题组合流体流动分析和线性结构力学将增加15,000美元到资本支出和每年支出的3,000美元。基于模块的定价使COMSOL对具有不同物理需求的公司来说,为公司提供最大的意义,并对组织重复解决物理学组合的问题。并行化在节点锁定的许可证上包含,因为在计算节点上可用的处理器,不支持超线程,但仅提供 物理问题和平台上的不一致收益.

概括

COMSOL具有令人印象深刻的物理建模能力库,尽管基于模块的定价可能会变得昂贵。 COMSOL既易于学习和使用。然而,当涉及流体动力学时,在研究的一些测试用例中感受到有限元方法解的效率。虽然,这可能不是每个人的制造或休息,特别是如果时间不是问题,对于权力用户而言,它肯定应该是一个问题。

示例#2:汇聚CFD

这是一个有趣的。收敛科学是一个相对的新人,一直在建立一个围绕稳固的CFD基本面和一些创新的平台,同时保持专注于质量和准确性。该公司由威斯康星州大学的一群研究生成立,为与天下足球内燃机相关的挑战提供解决方案。该公司于2008年出售了其第一个差价合约许可证。在汽车行业重点焦点,该公司开发了与喷射注射,燃烧和流体结构相互作用天下足球相关的知识产权。这种重点允许公司悄然但快速成长,而公司现在要求使用它的软件 大多数美国,欧洲和亚洲汽车公司和发动机制造商。该公司通过扩展具有类似挑战和属性的行业,持续增长,包括最具体地说 燃气轮机行业.

所以,让我们找出福尔德的融合是关于的,我们应该。

由于我们正在谈论汽车 - 让我们谈谈引擎盖下的内容

在其核心,融合额外惠达不如我们到目前为止讨论的许多其他软件包以及将在该系列的最终安装中讨论的全面包装不同。与众不同,融合CFD采用中央差异,用于集成离散化保护方程和连续的过松弛或双合影梯度方法,用于求解所得到的线性矩阵。

在汇聚首先区分本身来自大多数遗留包的情况是通过其实现在天下足球期间发生的运行时和可选的网格精制操作发生自动网格化算法。这种自适应网格细化(AMR)进程在陡峭的场变量梯度的区域增加了本地改进,现在也被其他许多领先的CFD软件OEM追求。该公司称此过程称为“自主啮合“并认为以下好处:

  • 通过消除手动网格创建,检查和改进的过程,节省了时间

  • 通过较高的电网密度提高了准确性,在此处需要它,并且手动网格策略可能不会分配它

  • AMR为捕获大或快速边界运动提供了一种稳健的方法

  • 由于使用优化数量的计算单元,AMR提供了运行时节省

  • 通过使用一致的算法策略来实现一致性和标准化来实现网格生产。

据该公司的额外差异化是其高保真喷雾模型,详细的化学求解器和反应集集成,NOx排放建模,以及其遗传算法参数优化程序。

物理建模能力

汇融差价合约拥有令人印象深刻的重建 é物理建模能力,特别是对于只有超过10岁的软件。能力包括所有标准票价,如稳态或瞬态天下足球,不可压缩或可压缩流动,被动标量运输,RAN,uran,DES和LES湍流建模,多孔介质和源和水槽。先进的功能最初专注于内燃机天下足球,包括拉格朗日多相具有汽化和分手模型,喷涂喷射器型号,墙面胶片模型,尿素注射和NOx排放造型,一种化学动力学求解器,预混和非预混燃烧模型,表面化学模型,辐射和共轭传热。最近,已经添加了用于欧拉多相多相的流体体积(VOF)方法以及欧拉对拉格朗日相转换模型。除了这些能力之外,其他最近的增强功能包括添加多个参考帧方法(MRF)和流体结构交互(FSI)建模改进。基础界面& Workflow

基本界面& Workflow

在混合箱CFD仿真设置期间汇聚CFD用户界面

虽然网格化可能是“自主”,但预处理不是。收敛演播室,包括标准收敛许可证的预处理软件,用于准备天下足球,包括几何准备,边界和初始条件规范,连续定义等的所有典型过程。融合工作室是如许多所设置的其他具有各种窗口的预处理器,用于与模型交互和分类菜单(码头),用于访问工作流程和命令。

我的整体印象是,虽然功能,但用户界面似乎有点拥挤,不是最美观的令人愉悦的,并且只有通过案例设置过程引导用户的平均工作。反过来,这些属性提供了刚性用户体验。收敛演播室感觉有点像2000年代后期的Pro-Star和Gambit工具的改进版本,然后在CD-Adapco和Ansys与他们的替代方向进入其他方向, Star-CCM +工作台。我看到改进空间的一些区域是可视化,组织,用户与菜单窗口的交互,以及更大的输出功能。对于我们而言,在提交天下足球之前,没有选项运行网格化序列并在预处理器中可视化输出是一个很大的事项。无论一个人是否使用AMR,功能都非常有用。目前,需要运行时间步骤,尽管不求解流体动力学,然后在第三方软件中查看网格之前转换输出文件。因为这对我们来说是经常运行,所以这是一个耗时的工作流程,我们宁愿避开。融合工作室是未来几年的改造,特别是鉴于公司最近的增长和成功。在这篇文章的时候,C ++程序员的LinkedIn上最近的职位帖子暗示它可能已经正在进行中。

CAD清理

预处理以导入要建模的流体和/或固体域的边界的几何表面(.stl)文件。我发现使用了.STL文件令人沮丧,因为它们更频繁地遭受边界边缘,表面交叉口,并且在更高的曲面细分密度下需要手动修复或重新出口的逆用的误差。我们想象这将在将来发生变化,因为当前的趋势是3D实体文件类型,例如 伞状阳伞 (.x_b,.x_t),由于它们的优越性和CFD软件对高质量几何形状的需求。

接下来,边界表面是“标记的”,以便可以为天下足球分配正确的物理。根据.stl格式,边界表面是相邻表面三角形的组成。而不是必须单独挑选每个表面三角形以标记边界,收敛工作室提供了一些额外的方法来“围栏”各个边界,并自动将所有三角形标记为属于边界的“栅栏”内的所有三角形。进口表面可转换,旋转或缩放。

遗憾的是,如果您计划使用精细的几何细节解决组件或部件,则会遇到在继续之前必须修复的曲面三角形错误。虽然融合工作室提供了用于执行此类修复的标准工具(检测,删除,拼接,修补,重新运行等),但是,手动修复的整个过程使我想要切换专业,无论被使用的软件如何。老实说,我不能忍受浪费时间。我宁愿使用3D实体。在这种情况下,CFD检测到的几何误差是由于3D实体建模错误,而导出期间的表面三角定义,并且可以在导出/导入之前固化在本地3D实体模型中。当我说这是复杂的多件组件的工作流程更快时,相信我。 (注意:融合科学让我们知道,即将举行的收敛演播室3.0的主要版本将通过集成提供直接CAD几何导入选项 空间'API。)

案例设置

此时,用户可以通过“案例设置”菜单转换到设置仿真条件。此菜单通过指定天下足球类型,连续式,边界条件,动议,物理模型,网格控制和输出控制来提供逐步发展。与先前讨论的CAD嵌入式工具中可用的Dumbod-Down天下足球规范完全对比,汇聚室的情况设置就像它在相反的方向上走得太远。需要严重的专家知识,以便在此过程中对许多输入步骤进行明智选择。我认为融合可以从简化中受益,从而隐藏了一些更具技术或具有挑战性的参数或模型选择,默认为最佳实践和离开专家控件只能通过其他菜单项访问。

边界条件规格典型,可用于进口和出口边界类型的Dirichlet和Neumann条件,以及墙壁,对称性,周期性和接口边界类型。对于壁边界,边界可以通过流体结构互动和牛顿的法律来静止,平移,旋转或确定。第二选项是指定移动边界,由此网格将被重新计算,符合边界运动,在瞬态仿真中的每个时间步骤。使用物理模型选择和指定的初始条件,在设置设置的最终步骤是网状定义。定义基本网格尺寸(3维度),并且必须跨区域一致。汇聚CFD将在运行时使用,然后在运行时使用 切割细胞笛卡尔方法 以在边界表面附近的任意侧的多面体形成主要六边形网状电池的边界拟合网格。

图6:具有自适应网格细化的大型涡流天下足球(礼貌融合科学)

还提供了三种额外的网格操作:网格缩放,网格嵌入以及前面提到的AMR。网格缩放操作确切地确切的声音 - 要么缩放到基本网格的小区密度上。 “嵌入”选项允许您指定要在其上改进基网卡的曲面或卷,并且可以根据每个区域定义。最有趣的选择是用户指定在天下足球期间改进的细化的标准和频率的方法。通过编辑包含案例设置的文本文件,可以在天下足球期间调整所有网格化选项以及在案例设置中指定的其他仿真参数。汇聚最近提供了以下示例性案例,下面显示了使用自适应网格的大涡天下足球(LES)的结果。读者应注意被跟踪的标量高梯度的区域中较高浓度的网格元素。

在正常方向上为曲面的更精细刻度分辨率的棱镜单元选项是当前不可用的欢迎其他网格化选项。 (注意:融合科学让我们知道即将举行的融合Studio 3.0将包括此功能)。

在天下足球之前,验证了案例设置文件,如果缺少关键设置数据,则会发出错误或警告。

天下足球

从我的测试来看,很明显,融合CFD是一种彻底的测试和能干的CFD解决者,具有丰富的复杂用户控件。它在Windows和Linux平台上具有出色的缩放行为。求解器本身看起来比较迅速且稳定。我认为,汇聚CFD可能比其他领先代码更低的数值耗散水平,使其更适应更高精度的方法,例如DES和LES,并且可能更准确地在常规RAN计算上,尽管我没有严格测试理论。串行执行可以在Converge Studio中或通过命令行启动,而并行执行仅通过命令行可访问。

从以前的结果重新启动似乎工作良好,并且数据输出,即使是在离散时间步骤的3D现场数据输出,似乎是有效的。在测试用例中唯一减速的唯一措施我ran是生成网格的方法。 AMR过程和边界运动方法都要求在周期性步骤中重新计算网格。虽然可以通过变形或本地化倒退在场景后面优化过程,但是,我测试的移动边界问题的重新啮合过程需要大量的总运行时间(〜50%)。这导致解决时间滞后在使用使用移动网格/接口方法的不同解算器执行的可比天下足球后滞后。但是,应该注意的是,收敛科学认为,这种移动的网格方法增加了过度的人工耗散,使其方法更准确,并且用于倒闭的高比例的运行时间对于典型的较低三角形计数来显着较低。普遍的引擎应用。

后期处理

后处理是最大的缺陷持有汇集互补委员会从成为一个行业领先的综合工具。自2018年以来,汇聚额顾切德凭借“Tecplot for overge.“允许使用Tecplot 360,是流行的后处理工具。运行汇聚CFD仿真,并且在天下足球期间和/或结束时创建结果文件。如果要在不同时间进行询问的解决方案进行时间依赖的分析,则需要在每个时间的完整结果文件。结果文件在单个文件夹中收集,然后使用称为“后转换”的实用程序将这些结果转换为Tecplot 360或其他常见的后处理器诸如此常见的后处理器杂项的格式 FieldView. 或者 par。然后将这些结果文件导入Tecplot 360。

作为我们标准工作流程的一部分 解决分析, 我们正在积极审查我们的天下足球,因为解决方案进展。在此实时审讯期间,我们正在寻找网格特征以及它们在空间和时间内的波动解决方案变量(作为天下足球和仿真收敛的质量的衡量标准);我们正在调整和监测流动均匀性指数,传热系数和扭矩或功率输出等数量计算的计算;我们根据需要进行仿真输入以提高天下足球的准确性;我们正在测试对全系列输入的敏感性。在汇合CFD中,我们的一些典型检查和余额可以通过智能设计来管理,通过持续写入的基于文本的输出文件,并使用Studio Line绘图应用程序而无需额外的开销。然而,与3D字段数据相关联的任何东西需要文件转换和Tecplot处理的过程,这是与完全集成3D后处理能力的那些软件包不必要的中间的耗时的中间。我们对这种类型的互动审讯的需求与我们的高营业额和我们正在进行的各种仿真有多有多有关,并且很可能是具有数百个类似模型的用户不依赖于我们的讯问是。但是,同时,我们倾向于相信所有天下足球工程师都会受益于某种程度的审讯。

使用移动边界法汇聚混合罐的CFD仿真(通过解决的分析CFD咨询)

后处理工作流程尤其限制在您想要录制时间开发的流量相关数量的动画的情况下。例如,采取以下混合箱动画。天下足球截止了10秒的实时,对应于混合叶轮的300度旋转。动画需要330个输出文件,以便在每003秒时为景观数据和景点(标量)的字段变量写入。对于250K小区计数天下足球,每个文件的写入为约30MB,在天下足球时间内需要额外的20%开销。 “post_convert”实用程序需要额外的几分钟才能将这些文件流入相应的Tecplot文件,每个文件为43MB,总存储需求为24 GB。在完成天下足球后,该过程花了大约30分钟。读者可以了解这种类型的工作流程如何用于数百万计算单元,更长的天下足球时间和多数量的兴趣的问题的明显结论。对比这些要求用“标准”方法在软件包中创建具有内置后处理的软件包中的动画,以规定的频率导出图像文件,然后将这些文件一起绑在一起,以每张图像1-2 MB的动画(取决于所需的图像质量),没有额外的计算时间或后处理时间。

许可和成本

汇聚CFD提供典型的许可安排,包括节点锁定的本地以及按需云使用和浮动许可证会聚科学非常密切地对他们的定价,但是 公共信息表明 每年的年度许可证每年约为20,000美元,另外的并行核心令牌约为1,000美元。此定价符合领先的全面套餐。 10美元/小时的按需每小时许可费用略低于竞争对手的按需价格。汇聚CFD可在领先的云计算主机上获得,例如 rescale., R-Systems.totalcae..

概括

汇聚CFD具有大量潜力,目前只有5个标准标准标记为“全面的CFD软件包”的标准之一。它没有检查的唯一框是我们对预处理和交互式天下足球和结果可视化的单个用户界面/平台的要求。鉴于它在这么多困难的技术领域擅长,我们认为这只是一个时间问题,才能实现飞跃。

示例#3:Numeca Omnis

Numeca于1990年代初,Charles Hirsch教授作为一个分支 Vrije Universiteit Brussel的流体机械部门。有趣的是,Hirsch教授在CFD上写了我的研究生课教科书内部和外部流量的数值计算:  Volumes 1 & 2,如果你想从他那里了解有关Numeca的更多信息,你可以通过罗宾知识倾听这次采访 谈谈差价合约。 Numeca是在已经提供了几种多用途/一般CFD工具的时候创建的,但它通过允许用户专注于特定的CFD应用程序而不是被迫使用当时可用的一个无用软件包之一来区分。每个专门的包装都叫做罚款(对于 F低的 整合 ENvironment)使用专业的CFD求解器以及预处理的工具,包裹在GUI内,包括结构化求解器等品种 精细/涡轮增长 (适用于内部涡轮机械应用程序),特定的求解器 罚款/海洋 (致力于包括自由表面,网格适应和自动细化等问题,以及非结构化的求解器的自由度 罚款/开放 (一般工业应用),和 精细/声学等等。 

但是,在2017年底,Numeca发布了自己所谓的多功能CFD包 奥尼斯,寻求吸引更广泛的用户,从Tinkerers和Designers到产品和工艺工程师到Ph.D.级别CFD Gurus和超级用户。 通过提供用户提供更简化的方法来创建Omnis,以解决更广泛的CFD问题的方法,从迅速运行,前端分析,如果精度可能不那么重要,则比速度/计算时间变得高度复杂,高保真可能需要数周的CPU-time在云中的多个核心传播的模型。

那么,omnis是什么? Numeca将其作为“环境:”一个GUI,允许预处理和啮合,通过任何细溶剂解决(现在包括A. Lattice-Boltzmann. 求解器)和后处理(以及我们稍后触摸的共同处理)。让我们更深刻的样子。

基本界面& Workflow

Omnis工作流小部件和饼图面板

一般而言,即使对于初学者而没有太多培训,即使对于初学者而言,用于在Omnis内进行分析和运行的工作流程是简单而直观的。用户界面在左侧有文件树,基于文件树选择弹出的属性窗口,以及中心的主图形窗口。在图形窗口的底部中心,一个非常有用的“导航”工具/工作流窗口小部件显示项目的当前阶段/视图以及必须进行的前一步,以便进行学习。导航窗口小部件如下所示,并包括良好顺序时尚 - 几何,域,网格,天下足球和结果的每个步骤。就在导航工作流程之上,饼图控制面板显示可用的功能/选项。饼图控制面板中的选项根据主动工作流程步骤而更改。

Omnis用户界面和流量可视化

由于分析师通过进展的每个阶段,可以根据需要设置几何,网格等,如果需要调整某些东西或者如果忘记设置而不丢失任何设置,则可以跳回步骤或两个步骤。 下面,我将简要地触摸每一步。

几何学

第一步是导入几何体进行分析。 我们使用了对我们测试的遮阳伞格式,但应注意,软件(如)包含本机CAD包兼容性 扎实的作品IA.. 除了导入几何形状之外,导航中的此步骤还允许用户创建原始的几何形状,主要是用于网格细化区域,也可以以与主要几何形式相同的方式导入。调整/修改导入的几何图形也可以在此处进行。

领域

下一步是“域”,在此期间将导入的几何图形分成所需边界,并且将分配物理边界条件。 这里没有幻想,但是,这种方式的一般逐步进展允许用户在分析设置的杂草中丢失,用户可以集中参见任务。

有墙层细化的Omnis网格示例

一旦设置了几何和域,接下来是为网格化的。 内置Omnis是六面前的占主导地位 hexpress. mesher. 在我们的测试期间,Mesher感到稳健,提供高质量的元件以及边界层细化/通胀层。 通过插入“细化几何”改进的能力非常平滑和直观。 网格分析也很容易,因为调整设置和倒数的能力(记住,用户可以轻松地使用单击鼠标轻松返回域或几何,而不会丢失任何设置)。 我们特别享受的一个功能是网格“预览”,它显示了在“属性”面板中调整单元格大小设置的实时几何中的几何形状。 这允许分析师在目视上看,在运行更耗时的啮合步骤之前,最终网格可能看起来像什么样的。 请注意,不支持多面体网格元素。

下图显示了我们成功插入管道中心内的细化区域。两者都是在外部创建的,并导入单独的遮阳伞文件。

天下足球

一旦成功创建了网格,就会确定天下足球设置。 这里,设置流体类型和性质以及边界条件和求解器设置,包括停止标准。 对于我们而言,此步骤也非常直观,与其他软件包相比,停止标准有点独特。 我们稍后会触摸。一旦天下足球已准备好运行,它可以通过点击按钮从GUI中启动,然后“结果分析”可用于“共处理”。 此功能有用,因为用户可以监控流体轮廓,矢量等的任何后处理场景。仿真正在解决。 这显然没有以批处理模式提供,但在模型设置期间,它很好。 使用Omins进行天下足球的一个缺点是,目前,只有基本的单相流求解器(除了莱迪斯-Boltzmann之外,我们没有测试)。 这意味着没有被动标量,多孔介质,多相(拉格朗日或欧拉),化学反应/燃烧,移动网/移动边界,并且没有从流体到固体区域的缀合物热传递。 Omnis只是单相流体流动 雷诺兹平均 Navier-Stokes Solver。 提供瞬态和稳态选择,以及层流和湍流(K-Omega,K-Epsilon,Spalart-Allmaras以及其他几种)。 但是,从我们被告知,Numeca最终将所有这些都带入全部环境,并将此工具与额外的物理构建。 

效果分析

一旦仿真完成,导航面板工作流程中的最终步骤是结果分析。 这里,典型的后处理工具可在主GUI窗口内使用,包括为轮廓/矢量图像制作夹平面,以及用于数据提取的线探针。 创建“数量”是一个很好的触摸,允许用户在解决的连续体属性上创建自定义值(在每个单元格上)。一个示例可用 Numeca的用户指南 是创建用户矢量字段“动量”(速度乘以速度向量),然后可以通过矢量图绘制。  

我们希望在这里看到一些额外的功能。首先,我们希望能够创建用户监视器和报告,例如域内的任何流域属性(速度,密度等)的最小,最大值或平均值,或者在某个平面/轴/位置上。接下来,我们认为在求解期间导出场景图像的能力将有利于制作瞬态仿真的动画。 最后,内置后处理似乎缺乏来自其他商业产品的一些基础知识,例如显示流线的能力。 希望,将在未来版本中添加更多功能。  

其他要点

我们发现两个设置案例并获得运行非常直观。但是,我们发现它挑战了平衡计算费用和准确性,因为与其他软件包相比,确定天下足球的融合的方法是非典型的。通常,通过最小化求解表示相关部分微分方程的离散版本的代数方程系统的全局数值误差来测量天下足球的收敛。随着稳态天下足球的进展,这些“残差”轨道降低和较低的值以及解决方案中的“误差”。通常,每个“迭代”对数值求解器的“迭代”进行跟踪剩余值,并且可以设置停止标准,使得码被运行,直到残差达到特定目标值(例如1.0E-4左右)。然而,在Omnis中,此类残差并未像典型一样处理。

首先,通过跨所有单元格的归一化/平均全局误差来跟踪残差 - 它们基于与原始解决方案相关的幅度依据进行跟踪。这意味着,代替跟踪到1.0E-3或1.0E-4的剩余目标,而等效目标是-3.0或-4.0对应于初始迭代的误差的3或4个幅度级。为了使简单的层压管道流箱达到此级别,使用默认求解器设置(3个多重资格,默认CFL号和离散化方案)在多个核心机器上占用了极端的时间。我们尝试运行的教程之一未能在16个核心上4小时内达到收敛标准。

我们注意到的第二件事是每次“循环”而不是“迭代”的跟踪这些残差。对于我们来说,一个循环是多重线程方案术语,如多重资料算法的每次迭代中,矩阵被缩小并放宽多个层,以便更有效地解决最优质的网格。这里的周期是迭代的循环吗?没有把握。我们确实注意到将迭代的数量输入作为停止标准不一定在该循环的循环中结束天下足球。由于OMNIS通过多重版方法解决了(默认情况下)3个网格,可能输入作为停止标准的迭代次数的数量是仅用于最终/最优选的网格,而不是所有三个网格的总和。

并行处理似乎正在工作,但是,我们跑的测试用例显着更长,以达到收敛与其他可比求解器。也许我们试图收敛到太低的目标。这可能是由于用户指定的剩余容差适用于所有多个多重资料。也许这速度速度且可能在此处添加一些独立的多重资格调整。在任何情况下,都应该通过用户文档通过剩余错误来确定更多光,以便限制混淆。

我们没有测试任何批处理模式或云计算;但是,能力应根据用户文档在存在。

许可和成本

我们还无法获取Omnis的任何定价信息,并且不知道是否可提供按需许可。我们将将此帖子更新为信息可用。

概括

Numeca Omnis是一个坚实的工具,允许从新手到专家的各种CFD用户,以便在单个环境中有效地设置和运行单相流体盒的分析。  后处理似乎有点有限,以及先进的物理功能,例如移动网格和多相。我们被告知,这些进步应与未来Omnis发布的精细产品系列移植。我们肯定会在发展中保持我们的眼睛。从我们到目前为止的经验丰富,Omnis持有很多承诺,特别是一旦Numeca完成了整合来自精细产品线的全套功能。

第3部分结论:

上面讨论的所有三个工具都有可能在正确的背景下极为有价值。 COMSOL为将自定义物理与预包装的解决方案方法相结合,为流体动力学进行了独特的功能。它还提供强大的多物理功能和体面的工作流程,预处理和后处理能力。它的缺点是其计算费用(内存和速度),因为它依赖于有限元方法及其在组合多个模块实现扩展多物理时的成本。同时,汇聚CFD拥有大量最先进的工具,用于天下足球内燃机,并迅速增加了更广泛的应用程序的许多能力。其对自适应啮合的独特方法将对希望在微鳞上产生高保真结果的任何从业者对需要网眼细化的区域而不是在啮合之前未知的。它最大的缺点是由于对预处理的限制和第三方后处理器的要求而导致的笨重工作流程,而我们也涉及在每次移动边界问题时回忆的计算费用。最后但并非最不重要的是,Omnis是Numeca的令人兴奋的新项目,这些项目是承诺将其各种软件套件的优秀物理建模能力结合到一个集成的工作流环境中。虽然这个原始版本在边缘周围有点粗略,但对于更精细的点并且缺乏任何多物理功能,其工作流程是平滑的,并且后处理是足够的。我们肯定会对未来的发展保持一致。


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