Fluent回流計(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(guò)：
現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的開(kāi)放式機(jī)群環(huán)境越來(lái)越多，許多都部署了fluent（大好事），不過(guò)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(lái)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(lái)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(lái)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(lái)直接計(jì)算其他節(jié)點(diǎn)提供來(lái)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(wàn)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(lái)操作（多用戶情況下效率高），用戶會(huì)通過(guò)遠(yuǎn)程登錄軟件（如xshell）來(lái)登錄到登陸節(jié)點(diǎn)進(jìn)行個(gè)人的操作（一般會(huì)通過(guò)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(guò)LSF作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)（也有其他的，如PBS等）來(lái)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(guò)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(kāi) 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
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(guò)AVX2指令集加速、GPU加速以及超線程等技術(shù)手段來(lái)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(guò)協(xié)同運(yùn)作多個(gè)進(jìn)程來(lái)計(jì)算大型問(wèn)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)。
展開(kāi) 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(wèn)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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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(lái)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(shuō)，流體的流動(dòng)影響結(jié)構(gòu)的變形，反過(guò)來(lái)，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(kāi) 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(kāi)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(wú)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(wú)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
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
ANSYS Fluent離心泵仿真計(jì)算
4、時(shí)間步及時(shí)間縮放因子設(shè)置
圖10 時(shí)間步及時(shí)間縮放因子設(shè)置
在這里需要注意的是時(shí)間縮放因子設(shè)置為10，計(jì)算200個(gè)迭代步，其中時(shí)間縮放因子為0.3倍的總體長(zhǎng)度除以平均速度（這個(gè)玩意決定著收斂的快慢）。
然后點(diǎn)擊Calculate，進(jìn)行計(jì)算。
05
—
結(jié)果展示
圖11 離心泵揚(yáng)程隨時(shí)間的變化
圖12 離心泵壓力場(chǎng)云圖
圖13 離心泵內(nèi)流暢速度云圖
圖14 離心泵內(nèi)流場(chǎng)矢量云圖
文章來(lái)源：數(shù)值模擬交流之林
用GPU加速Fluent計(jì)算
用Fluent開(kāi)啟GPU進(jìn)行計(jì)算，過(guò)程其實(shí)很簡(jiǎn)單，不過(guò)現(xiàn)在只找到采用N卡進(jìn)行計(jì)算的方法。首先在開(kāi)始界面需要設(shè)置并行計(jì)算的核數(shù)與你要用來(lái)計(jì)算的GPU數(shù)量，一般電腦都只有一塊顯卡，所以設(shè)置為1就可以了。
打開(kāi)之后就需要用命令行去打打開(kāi)顯卡計(jì)算并進(jìn)行設(shè)置，命令行/solve/set/amg-options/amg-gpgpu-options/，后面還需要跟上你想并行計(jì)算的模型比如我這里的壓力耦合計(jì)算，后面是一些精度和求解方法的設(shè)置，其中精度和迭代次數(shù)比較重要，搞得不好反倒會(huì)發(fā)散，比如這里設(shè)置為0.1，如果過(guò)大那時(shí)間就會(huì)比較長(zhǎng)。
設(shè)置好了之后運(yùn)行就可以了，也沒(méi)什么需要注意的，但是有的模型本身就有限制用不了并行加速方法，具體的可以參考這里的內(nèi)容https://www.nvidia.cn/data-center/gpu-accelerated-applications/ansys-fluent/
我這里模型比較小，計(jì)算時(shí)間就2分鐘效果提升不明顯，大的模型會(huì)明顯一些，但顯卡確實(shí)用起來(lái)了。
如果是自己編寫的程序想并行求解的會(huì)麻煩很多，但也不是沒(méi)有辦法。
后續(xù)更新如何用代碼主要是基于matlab進(jìn)行三維模型計(jì)算，包括讀取網(wǎng)格（基于Openfoam格式的網(wǎng)格），處理拓?fù)洌x散求解一系列流程。
展開(kāi) 非均勻撲翼仿真全部模型文件網(wǎng)格文件和fluent計(jì)算文件，其中fluent設(shè)置方法都在case文件中 ￥80
非均勻撲翼仿真全部模型文件網(wǎng)格文件和fluent計(jì)算文件，其中fluent設(shè)置方法都在case文件中
fluent計(jì)算輸出時(shí)均值
*當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為0計(jì)算節(jié)點(diǎn)，則pe為node_host,
*通過(guò)0計(jì)算節(jié)點(diǎn)向主機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)
*當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為非0計(jì)算節(jié)點(diǎn)，則pe為node_zero
*其他計(jì)算節(jié)點(diǎn)向0計(jì)算節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)
****************************************/
pe = (I_AM_NODE_ZERO_P) ?
