Anwendungsbereich: Computer Aided Engineering (CAE)

Beschreibung:

ANSYS/FLUENT ist ein Finite-Volumen-Programmsystem zur Lösung von strömungsmechanischen Problemen aus dem CFD- (Computational Fluid Dynamics) Anwendungsbereich.

Verfügbar auf:

• RRZN-Computeservern
• Hochleistungsrechner Nord (HLRN)

Betreuer: Gerd Brand

Lizenzmodell: Leibniz Universität Hannover Institutsrechner

• 1. Allgemeines
• 2. Funktionalität
• 3. Installation auf den RRZN-Computeservern
• 4. Benutzung von FLUENT auf den RRZN-Computeservern
• 5. Dokumentation und Tutorial Dateien

Die Programmentwicklung und der Vertrieb von ANSYS erfolgt über ANSYS Inc., USA, bzw. über die deutsche Niederlassung ANSYS/Fluent Germany (siehe Externe Links).

Diese Dokumentation beschreibt die Besonderheiten der Installation und der Verwendung von Fluent auf den RRZN-Computeservern. Die Nutzung von Fluent auf dem HLRN-Rechner wird dagegen auf den Webseiten des HLRN beschrieben.

Das Fluent Programmsystem besteht aus drei Hauptkomponenten:

• dem Strömungslöser FLUENT
• dem Geometrie- und Gitter-Generator GAMBIT
• und dem Vernetzungs-Tool TGRID

2.1 FLUENT

FLUENT bietet folgende Anwendungsmöglichkeiten:

• inkompressible und kompressible Fluide
• laminare und turbulente Strömungen
• stationäre und instationäre Strömungen
• newtonsche und nicht-newtonsche Fluide
• Mehrphasenströmungen (Fluid-Fluid, Fluid-Solid)
• gekoppelte Wärmeleitung und -konvektion
• isotherme Probleme: die Energiegleichung wird nicht gelöst
• nicht-isotherme Probleme: die Energiegleichung wird gelöst
• bewegte Gitter
• freie Oberflächen
• chemische Reaktionen, Verbrennungsprozesse
• u.v.m.

FLUENT bietet ein graphisches Benutzerinterface für das Pre- und Postprocessing.

Detaillierte Beschreibungen der Modellierungsmöglichkeiten von FLUENT sowie Tutorial-Beispiele findet man in der Online-Dokumentation.

2.2 GAMBIT

GAMBIT bietet Solid-Modeling-Werkzeuge für die Erzeugung komplexer Geometrien ohne die Komplexität voller CAD-Programme. Außerdem bietet GAMBIT Werkzeuge zur Gittererzeugung. GAMBIT kann Geometrien aus anderen CAD-Programmen in den Formaten Parasolid, ACIS, STEP, IGES und STL einlesen.

2.3 TGRID

TGRID erzeugt aus einer Randdiskretisierung unstrukturierte 2D- bzw. 3D-Gitter.

TGRID kann Oberflächen- oder Volumen-Gitter aus GAMBIT, ANSYS, Catia, I-DEAS, NASTRAN, PATRAN, Pro/ENGINEER, Hypermesh und anderen CAD/CAE-Programmen einlesen. Es bietet Werkzeuge um die Qualität von Oberflächen-Gittern zu verbessern und Gitter verschiedener Teile zu assemblieren.

Die derzeit auf den RRZN-Computeservern installierten Fluent Versionen und Produkte sind:

• Fluent 13.0 SP2 (Default Version)
• Gambit 2.4.6
• TGrid 5.0.6
• Online Dokumentation

FLUENT auf den RRZN-Computeservern ist ein 64-Bit Programm.

Die aktuelle Lizenz beinhaltet: mehrere gleichzeitige Nutzer plus maximal 200 parallele Prozesse (insgesamt)

Die einzelnen Softwarepakete auf den RRZN-Computeservern werden über sogenannte Modules benutzbar gemacht. Mit dem module-Befehl werden Umgebungen für spezifische Softwarepakete eingerichtet oder auch wieder entfernt. Eine Übersicht über installierte Module-Files ergibt das Kommando module avail . Für mehr Informationen über das Module-Konzept auf dem Cluster sei auf die Seite Modules verwiesen.

Das Paket Fluent steht daher nach dem Kommando

 module load fluent

zur Benutzung zur Verfügung.

Gambit und Tgrid stehen nach dem Kommando

 module load gambit

zur Benutzung zur Verfügung.

Wenn Sie planen, Fluent regelmäßig zu nutzen, sollten Sie die Zeile module load fluent zu Ihrem Benutzerprofil (.profile, .bashrc oder .kshrc) hinzufügen.

Vor der ersten Benutzung: Lizenzen konfigurieren

Sie müssen vor der ersten Benutzung von ANSYS Fluent (Version 12.0 und höhere)  folgende (einmalige!) Aktion durchführen: 

Rufen Sie die ANSLIC_ADMIN Utility auf (dazu muss X11-Ausgabe möglich sein):

  /sw/aws/eng/ansys_inc/shared_files/licensing/lic_admin/anslic_admin

oder:

  module load fluent
  anslic_admin

dann "Set License Preferences for User <your username>" anklicken (s. auch Installation auf Institutsrechnern). Anschließend bewegen Sie bitte den Eintrag "ANSYS Academic Research CFD" in der Liste ganz nach oben, indem Sie auf diesen Eintrag klicken und ihn mit dem "Move up"-Button schrittweise nach oben schieben.

Diese sogenannte Client Konfiguration müssen Sie für jede Version von ANSYS Fluent einmal durchführen. Sie bezieht sich auf alle ANSYS Produkte (also auch auf ANSYS und ANSYS CFX).

Ihre Preferences für Version 13.0 werden in der Datei $HOME/.ansys/v130/licensing/license.preferences.xml gespeichert.

Bitte rechnen Sie kleine Modelle (<512.000 Elemente) mit nicht mehr als 4 parallelen Prozessen, Sie können damit die Lizenzen vom Typ "ANSYS Academic Teaching Advanced" benutzen und der Einsatz von mehr als 4 Prozessoren lohnt hier sowieso kaum.

Nutzungsformen

Im Allgemeinen kann FLUENT auf verschiedene Art und Weise verwendet werden: interaktiv (Dialogbetrieb) oder im Batch, seriell oder parallel, mit einer grafischen Nutzer-Schnittstelle (GUI) oder mit einer Kommandozeilen-Schnittstelle. Auf den RRZN-Computeservern sind folgende Kombinationen möglich:

• Interaktiv:      nur auf Orac ; alle Schnittstellen; seriell
• Batchbetrieb: auf den Computeserver-Knoten; Kommandozeilen-Schnittstelle; seriell oder parallel
• oder im Interaktiven Batch

4.1. Interaktive Nutzung von FLUENT mit der GUI-Version

1. Setzen der Umgebung:

 module load fluent

Evtl. ist es zusätzlich nötig, auf Ihrer Workstation xhost auf orac.rrzn.uni-hannover.de zu setzen und auf Orac selbst die DISPLAY Variable auf die Adresse Ihrer Workstation.

2. Aufruf der GUI-Version:

fluent 2d

Das startet FLUENT in der 2D-Version.

4.2 Aufruf von FLUENT im Batchbetrieb

Eine Berechnung mit FLUENT sollte nur für kleine Testfälle oder Beispiele interaktiv auf Orac ausgeführt werden. Für größere Fälle ist dagegen die Nutzung des Lösers auf den Rechenknoten der Batch-Server erforderlich. Diese Rechenknoten sind nicht direkt erreichbar, sondern nur im Batchbetrieb. Hier wird beschrieben, wie der Löser im seriellen Modus oder im parallelen Modus auf den Rechenknoten aus einem Batch-Job aufgerufen werden kann. Zur Abgabe von Batch-Jobs steht auf den RRZN-Computeservern das Batchsystem Torque/PBS zur Verfügung.

1. Bereiten Sie ein Torque/PBS-Batchskript vor, das Torque/PBS-Kommandos und den Aufruf des FLUENT Programms enthält. Am Anfang muss die Umgebung wiederum durch module load fluent gesetzt werden.

2. Schicken Sie von Orac aus das Batchskript (z.B. namens jobscript) ab:

qsub jobscript

3. Eine Statusabfrage für diesen Job und andere ist möglich mit dem Kommando:

qstat -a

Für weitere Informationen über nützliche PBS-Kommandos und Einstellungen sei auf die Webseite von Torque/PBS verwiesen.

Der serielle Modus kann für mittelgroße Beispiele oder Testfälle verwendet werden. Punkt 4.2.1 zeigt ein Beispiel für ein entsprechendes Batchskript. Bei größeren Testfällen ist dagegen das Rechnen im parallelen Modus (d.h. auf mehreren Prozessoren gleichzeitig) besser geeignet, um schneller ein Ergebnis zu erhalten. Die Berechnungszeit verkürzt sich dabei im Idealfall proportional zur Anzahl der beteiligten Prozessoren.

Für die parallele Berechnung erzeugt FLUENT automatisch eine Gebietszerlegung, wobei die Anzahl der Teilgebiete gleich der Anzahl der parallelen Prozesse ist und jeder Prozess dann nur noch auf einem Teilgebiet rechnet und mit den anderen Prozessen benötigte Daten austauscht. Dabei ist zu beachten, dass diese Teilgebiete nicht zu klein gewählt werden, da sonst die erwartete Verkürzung der Berechnungszeit im parallelen Modus nicht erreicht wird. Als Empfehlung wird gegeben: Die Teilgebiete sollten für das parallele Rechnen jeweils pro Prozess minimal 50.000 Zellen enthalten. Punkt 4.2.2 beschreibt das Rechnen mit FLUENT im parallelen Modus.

4.2.1 Aufruf von FLUENT im Batchbetrieb im seriellen Modus

Bereiten Sie ein Batchskript vor, das vom Login-Knoten aus mit dem Kommando qsub abgeschickt wird.

Beispiel für ein Batchskript, wenn FLUENT seriell auf einem Knoten laufen soll (hier wird vorausgesetzt, dass die Datei cavity.cas vorliegt):

#PBS -S /bin/bash
#PBS -N cavity.ser
#PBS -j oe
#PBS -l walltime=00:10:00

# provide FLUENT through modules call: 
. $MODULESHOME/init/bash
module load fluent

# change to work dir:
cd  $PBS_O_WORKDIR

# start solver for 2D, no gui, serial; 
# read commands from here document until "EOFluentInput":
# write log output to file "cavity.ser.log":
fluent 2d -g << EOFluentInput >cavity.ser.log
file/read-case cavity.cas
solve/init/initialize-flow
solve/iterate 100
file/binary-files n
file/confirm-overwrite n
file/write-data cavity-new.dat
exit
y
EOFluentInput

Die Optionen, die beim fluent-Aufruf angegeben werden können, können Sie in der Online-Dokumentation nachlesen.

4.2.2 Aufruf von FLUENT im Batchbetrieb im parallelen Modus

Hier wird beschrieben, wie FLUENT im parallelen Modus auf den Rechenknoten eines Computeservers mit mehreren Knoten aus einem Batch-Job aufgerufen werden kann.

 Beispiel für ein Batchskript:

#PBS -S /bin/bash
#PBS -N cavity.par
#PBS -j oe
#PBS -l nodes=2:ppn=2
#PBS -l walltime=00:10:00

# provide FLUENT through modules call: 
. $MODULESHOME/init/bash
module load fluent

# change to work dir:
cd $PBS_O_WORKDIR

# start solver for 2D, no gui, 4 MPI tasks; 
# read commands from here document until "EOFluentInput":
# write log output to file "cavity.par.log":
fluent 2d -g -t4 -pib.dapl -ssh -cnf=$PBS_NODEFILE << EOFluentInput >cavity.par.log
file/read-case cavity.cas
parallel/partition/method/cartesian-axes 4
solve/initialize/initialize-flow
solve/iterate 100
exit
yes
EOFluentInput

Bemerkungen:

• Die Anzahl der Prozessoren n in der Option "-tn" im fluent-Kommando (hier: -t4) muss kleiner oder gleich der Anzahl der angeforderten Prozesse (ist hier gleich 4: -l nodes=2:ppn=2) sein.
• Die Option "-pib.dapl" bewirkt, dass die Kommunikation über das schnelle InfiniBand-Netzwerk erfolgt.

Es gibt eine umfangreiche Benutzerdokumentation mit PDF Dateien, die von ANSYS mitgeliefert wird. Sie ist zu finden als Online Dokumentation.

Auf Orac findet man ältere Tutorial Input Files im Verzeichnis /sw/aws/eng/Fluent.Inc/fluent6.3.26/help/tutfiles .