Web лаборатория UniCFD
Учебный курс. Основы использования свободных пакетов OpenFOAM, SALOME и ParaView при решении задач МСС.
Описание
Данный курс проводится в рамках программы “Университетский кластер” ИСП РАН.
Цели курса
- Ознакомление с современными методами пространственного гидродинамического и теплового анализа на примере простейших численных моделей с использованием свободного программного обеспечения — пакетов SALOME/OpenFOAM/ParaView,
- Изучение основных понятий, инструментов и алгоритмов работы свободных пакетов, интегрированных в среду сетевой Web-лаборатории UniHUB,
- Получение базовых навыков по проведению параллельных расчетов на вычислительных системах кластерной архитектуры (на базе инфраструктуры программы “Университетский кластер”)
Ожидаемый результат
По окончании курса Вы получите навыки и знания по:
- Эффективному использованию инструментария свободных пакетов для выполнении основного цикла расчетов — от подготовки исходных данных до обработки результатов,
- Проведению простейших гидродинамических и тепловых расчетов для типовых случаев — ламинарных и турбулентных течений сжимаемых и несжимаемых сред, естественной конвекции в замкнутом пространстве,
- Подготовке геометрии расчетных областей и генерации расчетных сеток средствами SALOME,
- Самостоятельной подготовке расчетной модели, проведению и мониторингу расчета в OpenFOAM,
- Визуализации результатов средствами ParaView,
- Параллельным расчетам с использованием пакета OpenFOAM на вычислительных системах кластерной архитектуры,
- Базовому пониманию устройства исходного кода OpenFOAM,
- Работе с инструментами Web-лаборатории UniHUB.
Построение курса
- Тренинг курс состоит их 2-х условных частей и проводится за два полных учебных дня.
- Структурно, курс подразделяется на секции, объединённые в модули, которые, в свою очередь, составляют дни.
- Занятия проводятся в учебном классе ИСП РАН с использованием Web-лаборатории UniHUB созданной в рамках программы “Университетский кластер”
- Для прохождения курса обучения формируются учебные группы слушателей (не более 30, из расчета 2 слушателя на 1 терминал) на основании первых 30 заявок.
Программа курса
День 1.
Первый день посвящен обзору стека пакетов (Salome, OpenFOAM и ParaView), их интеграции в среду Web-лаборатории UniHUB и предполагает лишь частичное и краткое практическое погружение в суть проблемы слушателя только в конце дня.
- Введение – обзор возможностей открытых пакетов Salome, OpenFOAM и ParaView:
- истории пакетов, их основные возможности;
- различные версии;
- структура данных;
- основные уравнения и метод контрольного объёма;
- решатели и утилиты;
- различные модели среды и библиотеки
- Использование расчетного пакета OpenFOAM (1.7.1), платформы SALOME, и программы ParaView в среде uniHUB:
- Обзор: краткое рассмотрение некоторых команд Linux, использование LiveDVD дистрибутива CAELinux на персональном компьютере, настройка и установка OpenFOAM, SALOME, ParaView.
- Подготовка геометрии и расчетной сетки в SALOME.
- Проведение расчетов в OpenFOAM.
- Визуализация полученных данных в ParaView.
- Работа с пакетами в среде сетевой лаборатории uniHUB;
- Демонстрация примеров, входящих в состав пакета OpenFOAM
- Пример 1. Течение в каверне: подготовка примера, подготовка геометрии и сетки с помощью blockMesh, задание параметров, запуск на счет, мониторинг сходимости, использование пост-процессора ParaView
- Пример 2. Обратный уступ — несжимаемые турбулентные течения: подготовка примера, выбор решателя, выбор модели турбулентности, запуск на счет, мониторинг сходимости.
- Пример 3. Свободная конвекция в комнате с подогревом: подготовка примера, выбор решателя, выбор модели турбулентности, запуск на счет, мониторинг сходимости.
- Подведение итогов 1 дня. Совместное обсуждение.
День 2.
Второй день рассчитан на закрепление знаний, полученных в первый день, максимум времени отдается на индивидуальные занятия. Оставшееся время распределяется на следующие вопросы: особенности создания сеток и их решение в SALOME , использование C++ при решении задач механики сплошных сред в OpenFOAM (, обсуждение курса (мнения слушателей).
- Демонстрация и пояснения к примерам для самостоятельной работы, Самостоятельная работа — обтекание тел (цилиндр, брус, сфера) набегающим потоком при разных числах Re, проведение параллельных расчетов, анализ полученных результатов:
- Вариант 1 — 2D обтекание бруса при числе Re=100 (ортогональная, структурированная гексаэдральная сетка).
- Вариант 2 — 2D обтекание бруса при числе Re=1000 (ортогональная, структурированная гексаэдральная сетка).
- Вариант 3 — 2D обтекание бруса при числе Re=10000 (ортогональная, структурированная гексаэдральная сетка).
- Вариант 4 — 2D обтекание бруса при числе Re=100000 (ортогональная, структурированная гексаэдральная сетка).
- Вариант 5 — 2D обтекание цилиндра при числе Re=100 (слабо неортогональная, структурированная гексаэдральная сетка).
- Вариант 6 — 2D обтекание цилиндра при числе Re=1000 (слабо неортогональная, структурированная гексаэдральная сетка).
- Вариант 7 — 2D обтекание цилиндра при числе Re=10000 (слабо неортогональная, структурированная гексаэдральная сетка).
- Вариант 8 — 2D обтекание цилиндра при числе Re=100000 (слабо неортогональная, структурированная гексаэдральная сетка)
- Вариант 9 — 3D обтекание сферы при числе Re=10000 (тетраэдральная неструктурированная сетка).
- Вариант 10 — 3D обтекание сферы при числе Re=100000 (тетраэдральная неструктурированная сетка).
- Вариант 11 — сужение потока в окнах с перекрытием 0%, несжимаемое
- Вариант 12 — сужение потока в окнах с перекрытием 0%, сжимаемое
- Вариант 13 — сужение потока в окнах с перекрытием 10%, несжимаемое
- Вариант 14 — сужение потока в окнах с перекрытием 10%, сжимаемое
- Вариант 15 — сужение потока в окнах с перекрытием 50%, сжимаемое
- Дополнительный раздел (При наличии времени)
- Демонстрация примера расчета типовой задачи: создание геометрии в SALOME, подготовка данных и расчет в OpenFOAM, визуализация в ParaView, проведение параллельных расчетов на кластере:
- Моделирование течения в уплотнении питательного насоса — постановка задачи.
- Создание блочно-гексаэдральной геометрии в SALOME, определение групп поверхностей для задания граничных условий и рёбер для локального измельчения сетки.
- Генерация сетки в SALOME и передача в OpenFOAM.
- Настройка расчетной модели OpenFOAM (начальные и граничные условия, константное окружение, схемы дискретизации, алгоритмы решения).
- Анализ полученных данных — визуализация в ParaView, сравнение локального поля давления с экспериментом.
- Использование возможностей языка C++ при решении задач механики сплошных сред в OpenFOAM. Обзор основных классов.OpenFOAM:
- Структура каталогов программы — как устроены, что в себе содержат.
- Система сборки wmake, flex.
- Основные библиотеки — OpenFOAM, finiteVolume, и т. д.
- Свои классы примитивов — List, autoPtr, tmp, Hash и т. д.
- Классы fvMesh, polyMesh, pointMesh, primitiveMesh.
- Классы dimensioned, GeomtricField.
- Граничные условия — fvPatch и fvPatchField.
- Пространства имен fvc, fvm и fa — градиент, дивергенция, производная по времени, производная по нормали, потоки.
- Динамические библиотеки (теплофизика, модели турбулентности, химические модели).
- Другие методы (MULES).
- Матрицы и системы линейных алгебраических уравнений
- Решатели: а) базовые; б) вычислительная гидродинамика (PISO, SIMPLE, PISO-SIMPLE); в) специальные — квазистационарная механика упругих деформаций, модель Блэка-Шоулза; г) сопряженные модели.
- Утилиты для постпроцессинга.
- MPI в OpenFOAM — декомпозиция по пространству.
- Демонстрация примера расчета типовой задачи: создание геометрии в SALOME, подготовка данных и расчет в OpenFOAM, визуализация в ParaView, проведение параллельных расчетов на кластере:
- Заключение. Подведение Итогов.
Лекции курса
| Лекция | Название | Скачать | Описание |
| 1 | ВЕДЕНИЕ | – | |
| 2 | ОБЗОР СИСТЕМНОГО ОКРУЖЕНИЯ | – | |
| 3 | ВВЕДЕНИЕ В SALOME | – | |
| 4 | ВВЕДЕНИЕ В OpenFOAM | – | |
| 5 | ВВЕДЕНИЕ В PARAVIEW | – | |
| 6 | ВВЕДЕНИЕ В UNIHUB | – | |
| 7 | ДЕМОНСТРАЦИЯ 1. ТЕЧЕНИЕ В КАВЕРНЕ | Ссылка | |
| 8 | ДЕМОНСТРАЦИЯ 2. ОБРАТНЫЙ УСТУП | Ссылка | |
| 9 | ДЕМОНСТРАЦИЯ 3. СВОБОДНАЯ КОНВЕКЦИЯ В КОМНАТЕ С ПОДОГРЕВОМ | Ссылка | |
| 10 | ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ | Ссылка | |
| 11 | ПРИМЕР ПРАКТИЧЕСКОЙ ЗАДАЧИ | – | Ссылка |
Материалы курса также доступны для скачивания с использованием SVN клиента
svn checkout https://unihub.ru/tools/unicfdc1/browser/trunk/Version2/Pdf unicfdc1
SVN репозиторий материалов курса через Web доступен по ссылке.
Учебные группы/расписание занятий
Для прохождения курса обучения формируются учебные группы слушателей (не более 30, из расчета 2 слушателя на 1 терминал) на основании первых 30 заявок.
Место проведения
Базовый курс обучения “Основы использования свободных пакетов: OpenFOAM, SALOME и ParaView при решении задач МСС”, пройдет в Москве, в здании Института системного программирования Росской академии наук по адресу:
Адрес: Россия, Москва, улица Александра Солженицына, дом 25, Аудитория 110
