Der Solver der nächsten Generation

Einführung in CFD2

Um die Lösungseffizienz von Autodesk® CFD kontinuierlich weiterzuentwickeln, wurde ein neuer Solver entwickelt. Für CFD 2016 ist der Solver mit eingeschränkten Funktionen erhältlich und heißt "CFD2". Sie können Solver aktivieren, indem Sie eine Reihe von Flags ändern und ein Konfigurationswerkzeug, das im Installationsordner von CFD 2016 enthalten ist, ausführen. Die Entwicklung von CFD2 für zukünftige Versionen von Autodesk® CFD ist geplant und wird in CFD 2016 als frühe Vorabversion bereitgestellt.

CFD2 wurde speziell für große Simulationen mit einer Größenordnung von 10 bis 50 Millionen Elementen entwickelt. Im Gegensatz zum ursprünglichen Solver kann mit CFD2 jeder Vorgang für mehrere Threads als Prozess-/Thread-Hybrid ausgeführt werden. Darüber hinaus wurde CFD 2 entwickelt, um die Cache-Leistung zu optimieren. Mit CFD 2 wurde die Lösungszeit für große Modelle unter Verwendung mehrerer Rechenknoten erheblich verkürzt. Die Leistung bei kleineren Modelle mit einem einzigen Rechenknoten ist mit der des CDF-Vorgabe-Solvers vergleichbar.

Die Architektur von CFD2 eignet sich ideal für Systeme mit einer großen Anzahl von Prozessoren und Clustern mit mehreren Rechenknoten. Er arbeitet problemlos mit Systemen, die eine Standardnetzwerkverbindung verwenden. Verbindungen mit einer höheren Leistungsfähigkeit, wie z. B. InfiniBand, verbessern die Lösungsgeschwindigkeit noch zusätzlich. Sie sind jedoch nicht erforderlich, um die Vorteile von CDF2 auszunutzen.

Unterstützte Funktionen

CFD2 unterstützt eine begrenzte Anzahl von CFD 2016-Funktionen:

• Nicht kompressible Strömung
• Thermisch (ohne Wärmestrahlung)
• Laminare und turbulene Strömungen (nur k-epsilon-Modell)
• Die folgenden Advektionsschemata: ADV1 ADV2, ADV4 und ADV5
• Die folgenden Materialtypen: Fluide, Festkörpern, Strömungswiderstände, Interne Lüfter und Kreiselgebläse. Es werden nur konstante Materialeigenschaftsvariationen unterstützt.

Einschränkungen

Die folgenden Funktionselemente werden von CFD2 in CFD 2016 nicht unterstützt:

• Wärmestrahlung
• Kompressible Strömung
• 2D-Modelle
• Turbulenzmodelle (außer k-epsilon-Modell)
• Flächenteile
• Variable Materialeigenschaften
• Skalare
• Sperrventil-Materialkomponenten
• TEC-Materialkomponenten
• Nichtnewtonsche Fluide
• Leiterplattenmaterialkomponente
• Rotierende Bereiche
• Überwachungspunkte
• Wärmequellen am Knoten
• Nicht-konstante Randbedingungen
• Periodische Randbedingungen
• Bewegung
• Extrusionsvernetzung
• Kavitation
• Luftfeuchtigkeit
• Sichtbarkeit im Rauch
• Wasseralter
• Wärmekomfort
• Wärmetauscher-Materialkomponente
• Freie Fläche

So aktivieren Sie den CFD2-Solver

Sie aktivieren CFD2 in zwei primären Schritten:

Ausführen des CFD2-Konfigurationsassistenten

Der Konfigurationsassistent befindet sich im CFD-Installationsordner (Programme\Autodesk\CFD 2016) und heißt CFD2Config.exe. Wenn Sie nicht über die erforderlichen Berechtigungen zum Ausführen dieser Datei verfügen, wenden Sie sich bitte an Ihren System-Administrator.

Es gibt zwei Möglichkeiten CFD2 zu konfigurieren: entweder für einen einzelnen Knoten oder für ein Cluster. Die Konfigurationsschritte und -optionen hängen von der Methode ab, die Sie auswählen.

Einzelknoten

Autodesk® CFD definiert automatisch die Konfigurationsoptionen basierend auf Ihrer Systemkonfiguration. Sie können entweder die Vorgaben übernehmen oder die Konfigurationsoptionen an Ihr System anpassen:

Konfigurationsoption	Beschreibung
Sockets / Knoten	Es wird in der Regel die Anzahl der Sockets an einem Rechenknoten festgelegt. Beachten Sie, dass für jeden Socket ein MPI-Vorgang gestartet wird.
Kerne / Sockets	Dies ist die physischen Kernanzahl pro Socket und definiert die Anzahl der CPU-Kerne pro MPI-Vorgang.
Hyper-Threading	Aktivieren Sie diese Option, wenn Ihr System Hyper-Threading verwendet. Hyper-Threading wird nur verwendet, wenn die Affinität festgelegt wurde; virtuelle Kerne werden zum Ausführen von Arbeiten nicht geladen.
Affinität	Affinität weißt jedem Kern einen CPU-Kern zu. Dies kann zu einer Leistungsverbesserung führen, da das Betriebssystem nicht entscheiden muss, welcher Kern verwendet wird.
Konvergenzkriterien	Dies gibt an, welcher Kriteriengrenzwert für die Berechnung verwendet wird. Ein Wert von 0.01 eignet sich für die meisten Analysen.
Zeitschrittgröße	Diese Option wird verwendet, um eine feste Pseudo-Zeitschrittgröße festzulegen und wird nur selten verwendet.
Anzeige-Frequenz	Wenn CFD2 ausgeführt wird, sendet es die Ergebnisse zur Benutzeroberfläche von CFD in einem von der Anzeige-Frequenz festgelegten Iterationsintervall. So können Sie die Ergebnisse in der gleichen Weise wie mit dem Vorgabe-Solver überprüfen, während die Simulation berechnet wird. Es stellt einen gewissen Zeitaufwand dar, die Ergebnisse nach jeder Iteration zu senden. Aus diesem Grund ist es für eine effiziente Kommunikation zwischen CFD2 und der Benutzeroberfläche empfehlenswert, einen Wert von 10 festzulegen. Wenn visuelle Aktualisierungen zu schnell erfolgen, können Sie die Kommunikation reduzieren, indem Sie die Anzeige-Frequenz auf einen Wert von 100 festlegen. Somit wird auch die parallele Leistungsfähigkeit verbessert.

Cluster

Schritt 1: Geben Sie die IP-Adressen für den Haupt- und die Slave-Knoten an.

Schritt 2: Definieren Sie die Konfigurationsoptionen. Autodesk® CFD definiert diese Einstellungen automatisch basierend auf Ihrer Systemkonfiguration. Sie können die Vorgaben entweder übernehmen oder die Konfigurationsoption an Ihr Cluster anpassen: Abgesehen von der Kommunikation in den Knoten gelten die gleichen Konfigurationsoptionen wie für einen Einzelknoten:

Konfigurationsoption	Beschreibung
Kommunikation in den Knoten	Prozesse, die auf demselben Knoten ausgeführt und über Sockets fertiggestellt werden, tauschen Nachrichten über MPI aus. Diese Option wird nicht oft benötigt, ist jedoch verfügbar, wenn sie für Ihr System erforderlich ist.

Schritt 3: Geben Sie Ihre Benutzeranmeldedaten ein. MPI erhält hiermit die Berechtigung, Ihre Anmeldedaten zu verwendet, um auf die Berechnungssysteme zuzugreifen.

Wird der Konfigurationsassistenten für eine Cluster-Implementierung ausgeführt, treten die folgenden Schritte auf:

1. Ein HPCAnalyze-Ordner wird im CFD-Installationsordner erstellt. Dieses Verzeichnis verfügt über eine Netzwerkfreigabe, sodass alle Rechenknoten darauf zugreifen können.
2. Der Rechenknoten im Installationsordner wird als Hauptknoten betrachtet.
3. Der Ordner CFD2_share_MPICH wird mit einer Netzwerkfreigabe erstellt, sodass alle Prozesse gleichberechtigt darauf zugreifen können.
4. Die Datei CFD2_config.dat wird erstellt und die Ordner für die Verzeichnisse CFD_share_directory und HPCAnalyze_share_directory werden definiert.
5. Eine Datei namens "nodes.txt" wird im Ordner HPCAnalyze gespeichert. Diese Datei enthält die IP-Adressen für die Rechenknoten mit der Socket-/Knotenanzahl wie im Dialogfeld Konfigurationsoptionen festgelegt.
6. Ihre Anmeldedaten (Benutzername und Kennwort) werden in der Datei HPCAnalyze\cred.txt gespeichert.

Aktivieren und Zuweisen von Flag-Einstellungen

Es gibt drei Flags, die konfiguriert werden müssen, um CFD2 zu aktivieren:

Flag	Wert	Beschreibung
dump_cfd2_flag	Nur für Strömung: weisen Sie den Wert 2 zu. Nur für Thermisch: weisen Sie den Wert 4 zu. Für eine Kombination aus Strömung und Thermisch: weisen Sie den Wert 6 zu.	Dies teilt dem CFD2-Solver mit, welche Art von Modelldaten zu erwarten sind.
mesh_BLSimplex	1	Der CFD2-Solver unterstützt keine Prismaelemente. Dieser Flag weißt den Vernetzungsalgorithmus an, nur Tetraeder zu erstellen. Ist der Flag nicht aktiviert, werden vom Vernetzungsalgorithmus Prismaelemente im Grenzschichtnetz erstellt.
Split_Energy	1 für eine Fluss- oder eine thermische Simulation, in der Fluid- und Festkörperelemente enthalten sind.	Dadurch wird sichergestellt, dass Knoten nicht gemeinsam von Fluid-/Festkörper-Grenzflächen verwendet werden, da dies vom CFD2-Solver nicht unterstützt wird.