Fluent曲線計(jì)算的案例
如何在集群環(huán)境中使用fluent計(jì)算——fluent并行計(jì)算初步（超小白入門，老鳥略過：
現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的開放式機(jī)群環(huán)境越來越多，許多都部署了fluent（大好事），不過還是有許多人不太清楚如何利用這些有用的資源。這里結(jié)合我所在單位的情況做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹，其他的機(jī)群環(huán)境大同小異。
1、
什么是機(jī)群？有什么特點(diǎn)？
機(jī)群又叫集群，當(dāng)然就是許多的計(jì)算機(jī)（廢話），因?yàn)闄C(jī)器太多了，又需要協(xié)同工作，所以需要按照一定的方式來管理，管理的結(jié)構(gòu)形式叫做拓?fù)洌ㄟ@個(gè)不用管）。機(jī)群使用的電腦是刀片（又薄又長(zhǎng)的機(jī)箱）形式（為了便于插入機(jī)柜），一個(gè)刀片一般稱為一個(gè)節(jié)點(diǎn)。
一般而言，機(jī)群會(huì)分為三種節(jié)點(diǎn)：管理節(jié)點(diǎn)（若干臺(tái)），編譯節(jié)點(diǎn)（若干臺(tái)），計(jì)算節(jié)點(diǎn)（其余全部）。這三種節(jié)點(diǎn)的配置略有不同（廢話），管理節(jié)點(diǎn)主要用來存儲(chǔ)使用機(jī)群的用戶的信息，如名字，密碼，可以使用機(jī)器數(shù)的權(quán)限，用戶狀態(tài)等等；編譯節(jié)點(diǎn)一般用來預(yù)查程序故障，用戶的程序先在這里試運(yùn)行，查看是否與系統(tǒng)兼容等；計(jì)算節(jié)點(diǎn)用來直接計(jì)算其他節(jié)點(diǎn)提供來的程序。
就配置而言，管理節(jié)點(diǎn)和編譯節(jié)點(diǎn)一般相同，會(huì)部署軟件環(huán)境；計(jì)算節(jié)點(diǎn)只會(huì)部署簡(jiǎn)單的必要運(yùn)行文件。計(jì)算機(jī)點(diǎn)之間會(huì)采用高速交換機(jī)，速度可達(dá)幾十GB/s，如IB等；計(jì)算節(jié)點(diǎn)與編譯、登陸節(jié)點(diǎn)之間采用普通的萬兆交換機(jī)。
2、
如何使用機(jī)群？
機(jī)群中一般采用linux操作系統(tǒng)來操作（多用戶情況下效率高），用戶會(huì)通過遠(yuǎn)程登錄軟件（如xshell）來登錄到登陸節(jié)點(diǎn)進(jìn)行個(gè)人的操作（一般會(huì)通過VPN網(wǎng)絡(luò)加密數(shù)據(jù)傳輸）。
Linux集群將程序任務(wù)分解發(fā)送到計(jì)算節(jié)點(diǎn)上時(shí)，是通過LSF作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)（也有其他的，如PBS等）來實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)系統(tǒng)的作用是使整個(gè)機(jī)群負(fù)載均衡，便于管理，所以我們使用fluent也要通過這個(gè)系統(tǒng)。在成熟的集群中，用戶登錄之后，默認(rèn)便可以使用作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)了。
展開 FLUENT中的非穩(wěn)態(tài)的殘差曲線
FLUENT中可選耦合式和分離式解法。
對(duì)于非穩(wěn)態(tài)問題，unsteady, 則會(huì)出現(xiàn)時(shí)間相關(guān)項(xiàng)的計(jì)算方法選項(xiàng)： 如一階隱式，二階隱式、
注意，顯式只是對(duì)于耦合顯式求解器有效。
PISO適合于瞬態(tài)模擬，特別是時(shí)間步長(zhǎng)較大到情況。取1.0的欠松弛因子可以保證計(jì)算的穩(wěn)定性?；蛘呔W(wǎng)格變形度高的地方。但是對(duì)于LES而言，由于LES需要更小的時(shí)間步長(zhǎng)，因此不適合用PISO。LES 最好使用SIMPLE(C)算法。
Courant Number 用來控制耦合求解的時(shí)間步長(zhǎng)。時(shí)間步長(zhǎng)與courantnumber成正比。因此顯式需嚴(yán)格控制時(shí)間步長(zhǎng)，courant number。
非穩(wěn)態(tài)的殘差圖中，每一次更新都會(huì)使殘差變大，因此會(huì)是一條振蕩的曲線。此外，x軸是對(duì)數(shù)軸，因此每次屏滿了之后都會(huì)重新調(diào)X軸，導(dǎo)致曲線彎曲。
時(shí)間步長(zhǎng)越小，越不容易發(fā)散，特別是顯式計(jì)算對(duì)時(shí)間步長(zhǎng)的要求很嚴(yán)格。如果在設(shè)定的最大迭代數(shù)（20）內(nèi)還沒收斂，可能是要減小時(shí)間步長(zhǎng)或者減小courant數(shù)。
通過殘差曲線來看收斂性：
- 一般的，殘差下降三個(gè)數(shù)量級(jí)表示至少達(dá)到了定性的收斂，流場(chǎng)的主要特征已經(jīng)形成。
- 壓力基求解器的能量殘差應(yīng)該下降到10-6以下
- 檢查全局通量守恒：檢查（NetResults)應(yīng)該小于通過邊界通量的最小值的1%。（在Reports ->fluxes->mass flowrate->boundaries, 再compute)。
收斂遇到困難？？？？
對(duì)一些病態(tài)問題，差質(zhì)量的網(wǎng)格或者不合理的求解器設(shè)置都會(huì)出現(xiàn)數(shù)值的不穩(wěn)定性。
變現(xiàn)為殘差曲線上揚(yáng)（不收斂，發(fā)散）或者幾乎水平（不下降）
發(fā)散意味著守恒方程的不平衡增加。
展開 【轉(zhuǎn)載】Fluent中殘差曲線continuity不收斂的問題
在計(jì)算過程中其它指數(shù)都收斂了，就continuity不收斂是怎么回事。
這和fluent程序的求解方法SIMPLE有關(guān)。SIMPLE根據(jù)連續(xù)方程推導(dǎo)出壓力修正方法求解壓力。由于連續(xù)方程中
流場(chǎng)耦合項(xiàng)被過渡簡(jiǎn)化，使得壓力修正方程不能準(zhǔn)確反映流場(chǎng)的變化，從而導(dǎo)致該方程收斂緩慢。
你可以試驗(yàn)SIMPLEC方法，應(yīng)該會(huì)收斂快些。
在計(jì)算模擬中，continuity總不收斂，除了加密網(wǎng)格，還有別的辦法嗎？別的條件都已經(jīng)收斂了，就差它自己
了，還有收斂的標(biāo)準(zhǔn)是什么？是不是到了一定的尺度就能收斂了，比如10－e5具體的數(shù)量級(jí)就收斂了
continuity
是質(zhì)量殘差，具體是表示本次計(jì)算結(jié)果與上次計(jì)算結(jié)果的差別，如果別的條件收斂了，就差它?？? 以點(diǎn)report，打開里面FLUX選項(xiàng)，算出進(jìn)口與出口的質(zhì)量流量差，看它是否小于0.5%.如果小于，可以判斷它
收斂.
(2)
fluent殘差曲線圖中continuity是什么含義？
是質(zhì)量守恒方程的反映，也就是連續(xù)性的殘差。這個(gè)收斂的快并不能說明你的計(jì)算就一定正確，還要看動(dòng)量
方程的迭代計(jì)算。表示某次迭代與上一次迭代在所有cells積分的差值，continuty表示連續(xù)性方程的殘差
(3)
正在學(xué)習(xí)Fluent,模擬圓管內(nèi)的流動(dòng)，速度入口，出口outflow運(yùn)行后xy的速度很快就到1e-06了，但是
continuity老是降不下去，維持在1e-00和1e-03之間，減小松弛因子好像也沒什么變化大家有什么建議嗎？
你查看了流量是否平衡嗎？
展開 一文讀懂Fluent并行計(jì)算，三大技術(shù)提升計(jì)算效率新境界！
作為流體仿真軟件的“頂流”，Fluent被學(xué)生、工程師及科研人員廣泛使用。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，Ansys工程師們致力于優(yōu)化底層的并行算法，以提升其計(jì)算性能，使用戶體驗(yàn)飛一般的計(jì)算速度。
在Ansys Fluent中，盡管工程師已經(jīng)針對(duì)并行算法進(jìn)行了充分優(yōu)化，但在實(shí)際應(yīng)用中，還有其他方法可以進(jìn)一步提高計(jì)算性能。本文闡述了Fluent并行計(jì)算的基本原理，同時(shí)探討通過AVX2指令集加速、GPU加速以及超線程等技術(shù)手段來提高計(jì)算效率。
01 什么是Fluent并行計(jì)算
Fluent的并行求解器通過協(xié)同運(yùn)作多個(gè)進(jìn)程來計(jì)算大型問題，這些進(jìn)程既可以在同一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行，也可以在網(wǎng)絡(luò)中的不同設(shè)備上運(yùn)行。
并行求解器將計(jì)算域分為多個(gè)區(qū)域（圖1），將各數(shù)據(jù)分區(qū)分配至不同的計(jì)算進(jìn)程（稱為計(jì)算節(jié)點(diǎn)，圖2），每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)都在其專屬數(shù)據(jù)集上同步執(zhí)行同一程序。主進(jìn)程（或稱為主機(jī)）不包含網(wǎng)格單元、面或節(jié)點(diǎn)（除非使用 DPM 共享內(nèi)存模型），其主要職責(zé)是解析 Cortex（負(fù)責(zé)用戶界面和圖形相關(guān)功能的 Fluent 進(jìn)程）發(fā)送的指令，并將這些指令（及數(shù)據(jù)）傳遞給某一計(jì)算進(jìn)程，再由該計(jì)算進(jìn)程將其分發(fā)至其他計(jì)算進(jìn)程。
圖1:計(jì)算區(qū)域分區(qū)
圖2：分區(qū)網(wǎng)格邊界
計(jì)算節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)并執(zhí)行部分網(wǎng)格的計(jì)算任務(wù)，而位于分區(qū)邊界的單層重疊單元格層則負(fù)責(zé)跨分區(qū)邊界的通信（圖2）。盡管單元格和面被分割，但網(wǎng)格中的所有域和線程在每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)上均存在鏡像（圖3）。線程以鏈接列表的形式存儲(chǔ)，和串行求解器保持一致。計(jì)算節(jié)點(diǎn)可在大規(guī)模并行計(jì)算機(jī)、多CPU 工作站或具備相同或多工作站組成的網(wǎng)絡(luò) 上實(shí)現(xiàn)。
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FLUENT動(dòng)網(wǎng)格案例之十七：基于Fluent19的單向流固耦合仿真計(jì)算 ￥9
基于Fluent19的單向流固耦合仿真計(jì)算
在FLUENT動(dòng)網(wǎng)格案例之十六：基于Fluent重生成算法的懸臂梁振動(dòng)的雙向流固耦合仿真分析中，使用udf求解流固耦合系統(tǒng)中固體區(qū)域運(yùn)動(dòng)控制方程，并將計(jì)算得到的邊界運(yùn)動(dòng)位移以動(dòng)網(wǎng)格形式更新流場(chǎng)的邊界條件，從而實(shí)現(xiàn)雙向流固耦合仿真。其實(shí)，在最新的Fluent19中，線彈性求解模塊已經(jīng)是內(nèi)嵌模塊，建立并求解流固耦合問題可以更加方便，只要定義固體材料區(qū)域及其邊界條件，按照正常的CFD仿真流程就能同時(shí)獲得結(jié)構(gòu)最終位移和流場(chǎng)壓力及速度分布。
固體區(qū)域設(shè)置
流固耦合界面設(shè)置
仿真計(jì)算結(jié)果
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展開 FLUENT動(dòng)網(wǎng)格案例之十八：基于Fluent19的雙流固耦合仿真計(jì)算 ￥9
基于Fluent19的雙流固耦合仿真計(jì)算
在FLUENT動(dòng)網(wǎng)格案例之十七：基于Fluent19的單向流固耦合仿真計(jì)算中，介紹了基于FLUENT19線彈性求解模塊的單向流固耦合仿真內(nèi)容。其實(shí)，雙向流固耦合的仿真也能在FLUENT19完全實(shí)現(xiàn)。本算例為管道內(nèi)垂直襟翼在湍流激勵(lì)下的變形計(jì)算，并且啟用FLUENT的結(jié)構(gòu)模型來模擬由于流體流動(dòng)而導(dǎo)致的襟翼變形。由于襟翼的變形量足夠大，必須采用雙向流固耦合(FSI)仿真方法。也就是說，流體的流動(dòng)影響結(jié)構(gòu)的變形，反過來，結(jié)構(gòu)的變形也嚴(yán)重影響流體的流動(dòng)狀態(tài)。本算例中Fluent將執(zhí)行所有的結(jié)構(gòu)計(jì)算(而不是使用單獨(dú)的結(jié)構(gòu)程序)，并耦合流場(chǎng)仿真計(jì)算，因而是雙向流固耦合仿真。界面區(qū)域局部網(wǎng)格
固體區(qū)域設(shè)置和流固耦合界面設(shè)置與單向耦合是完全一致的
增加的為動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置(也就是結(jié)構(gòu)變形對(duì)流場(chǎng)的反饋?zhàn)饔靡詣?dòng)網(wǎng)格算法實(shí)現(xiàn)的動(dòng)邊界體現(xiàn)）
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展開 Klippel Scanner計(jì)算頻響曲線
01
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Klippel Scanner計(jì)算頻響曲線
一款常見單元的Klippel Scanner計(jì)算得到的頻響曲線，AAL和Total SPL。
其Total SPL1k以后的谷位非常深，根本不像實(shí)際的產(chǎn)品。
另外以兩款環(huán)狀膜片壓縮高音為例進(jìn)行說明。
下面是測(cè)試方法圖示：
兩款不同壓縮高音，Klippel Scanner計(jì)算的頻響曲線如下：
其中藍(lán)色是Total SPL頻響，紅色是Scanner計(jì)算AAL頻響。
02
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頻響曲線差異分析
和產(chǎn)品實(shí)測(cè)的頻響曲線對(duì)比來看，計(jì)算和實(shí)測(cè)頻響曲線存在一定差異。
首先，從測(cè)試方法來說
半透明材料的反射率是一個(gè)問題。
高頻段計(jì)算需要更密集的取點(diǎn)。
另外更重要的，從原理來考慮：
激光測(cè)試的膜片位移只是音圈運(yùn)動(dòng)方向的位移。垂直音圈方向的位移并不能被測(cè)量。因而其高頻段的實(shí)際結(jié)構(gòu)振動(dòng)與Scanner測(cè)試是存在一定差異的。
另外，從Scanner計(jì)算頻響的方式來說，是采用對(duì)每一點(diǎn)的聲壓貢獻(xiàn)進(jìn)行瑞利積分得到的。這種積分方式，相對(duì)于考慮聲傳播過程的方式(比如利用有限元方法求解)，會(huì)存在一定差異，尤其是在高頻段，因?yàn)闆]有考慮聲波傳遞過程。當(dāng)膜片較深時(shí)，差異會(huì)更大。所以深錐低音揚(yáng)聲器的高頻計(jì)算和實(shí)測(cè)差異會(huì)比較大。
通過模擬Scanner使用的積分方法和聲學(xué)波動(dòng)有限元兩種計(jì)算方式，可以復(fù)現(xiàn)以上現(xiàn)象。
03
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結(jié)論
每一種測(cè)量/仿真方法都有其局限性。不必過于迷信某一種。要清楚其局限到底在哪，背后的原理是什么。
展開 聲功率頻率響應(yīng)曲線仿真計(jì)算
最近有人咨詢我怎么在comsol中仿真揚(yáng)聲器聲功率的頻率響應(yīng)曲線。
雖然我之前沒做過。不過摸索了下，很快就弄出來了。
選中輻射出口的面（2維軸對(duì)稱時(shí)是線）對(duì)聲壓平方/（空氣密度*聲速）的表達(dá)式進(jìn)行積分即可。
abs(p)^2/(acpr.rho*acpr.c)
此時(shí)輸入的電功率是1W。可以看到常規(guī)的直接輻射揚(yáng)聲器效率是相當(dāng)?shù)偷摹?做仿真的時(shí)候，一定要有整個(gè)物理圖像在頭腦中，再加上一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。軟件本身的操作是更其次的東西，可以參照軟件help慢慢找。
我之前在公眾號(hào)里有寫過一篇文章《仿真分析的思路》，雖然文中沒什么圖，談得也比較抽象。但是我覺得對(duì)做仿真的工程師挺重要的。因?yàn)楹枚嗳司褪桥腔苍诟鞣N軟件技巧中不能自拔。
仿真分析的思路
展開 噴嘴霧化仿真，fluent的DPM方法，從幾何模型到網(wǎng)格劃分到fluent計(jì)算的全部文件 ￥30
噴嘴霧化仿真，fluent的DPM方法，從幾何模型到網(wǎng)格劃分到fluent計(jì)算的全部文件
換熱器流固熱耦合計(jì)算，四面體網(wǎng)格多面體網(wǎng)格分開畫好后組裝再進(jìn)行計(jì)算設(shè)置(含fluent計(jì)算設(shè)置視頻) ￥30
外部氣流和內(nèi)部水流
組裝后的網(wǎng)格
多面體對(duì)稱機(jī)型網(wǎng)格劃分加fluent計(jì)算，含全部模型文件，網(wǎng)格文件和fluent文件 ￥30
多面體對(duì)稱機(jī)型網(wǎng)格劃分加fluent計(jì)算，含全部模型文件，網(wǎng)格文件和fluent文件
fluent VOF模擬潰壩，水流沿河渠流向下游（含網(wǎng)格劃分及fluent全程操作視頻和計(jì)算文件） ￥60
fluent VOF模擬潰壩，水流沿河渠流向下游（含網(wǎng)格劃分及fluent全程操作視頻和計(jì)算文件）
基于fluent重疊網(wǎng)格計(jì)算四旋翼無人機(jī)懸停及巡航狀態(tài)(含fluent設(shè)置視頻及網(wǎng)格、結(jié)果文件） ￥80
基于fluent重疊網(wǎng)格計(jì)算四旋翼無人機(jī)懸停及巡航狀態(tài)(含fluent設(shè)置視頻及網(wǎng)格、結(jié)果文件）
重疊網(wǎng)格撲翼仿真，幾何模型到ICEM文件到fluent計(jì)算文件等全部文件，fluent設(shè)置看case ￥80
重疊網(wǎng)格撲翼仿真，幾何模型到ICEM文件到fluent計(jì)算文件等全部文件，fluent設(shè)置看case
2D網(wǎng)格轉(zhuǎn)換為3D網(wǎng)格+fluent計(jì)算流場(chǎng)+fensap計(jì)算結(jié)冰全程視頻+全部文件 ￥260
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