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ANSYS CFX

Finite-Elemente-Programm zur Strömungsberechnung

 

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ANSYS CFX

ANSYS CFX ist ein CFD-Programm der ANSYS Inc. Am SCC ist es auf den Linux Clustern bwUniCluster, ForHLR I und ForHLR II installiert. Zum eigentlichen CFX Solver gehört

  • ein Modul zur Spezifikation physikalischer Eigenschaften CFX-Pre
  • ein Postprozessor CFD-Post

 

Alle Module können über Kommandozeilen aufgerufen werden oder auch über den CFX Launcher angesteuert werden  Näheres findet man in der Kurzanleitung und in den Handbüchern zu CFX.

Ein knapper Überblick über die Funktionalitäten des Programms:

  • stationäre und transiente Strömungen
  • laminare newtonsche und nicht-newtonsche Fluide
  • zahlreiche Turbulenzmodelle
  • inkompressible und kompressible Fluide, auch für den supersonischen und transsonischen Bereich
  • Wärmeleitung, Konvektion
  • Massentransport, chemische Reaktionen
  • Strömungen mehrerer Fluide, Mehrphasenströmung
  • freie Oberflächen
  • bewegliche und veränderbare Gitter
  • lokale Netzverfeinerung
  • Import von ProE- und anderen CAD-Daten
  • Visualisierung mit EnSight

 

 

 

 

Lizenzbeschränkungen

Folgende Bedingungen müssen eingehalten werden:
  1. The analysis work performed with the Academic Program(s) must be non-proprietary work.
  2. Licensee and its Contract Users must be or be affiliated with an academic facility. In addition to its employees and Contract Users, Licensee may permit individuals who are students at such academic facility to access and use the Academic Program(s). Such students will be considered Contract Users of Licensee.
  3. The Academic Program(s) may not be used for competitive analysis (such as benchmarking) or for any commercial activity, including consulting.
  4. Notwithstanding any terms of the Agreement to the contrary, Academic Program(s) may be accessed and used by Licensee at the Designated Site or any other location within the same country as the Designated Site. Such limitations apply to any accessand/or use of the Academic Program(s), including, but not limited to, access via a VPN connection or through license borrowing.

CFX Kurzanleitung

Inhaltsangabe

Einleitung

Die CFX-Komponenten

CFX auf den Linux-Clustern des SCC

Einleitung

ANSYS CFX ist ein CFD-Programm der ANSYS, Inc. Am SCC ist es auf den Linux Clustern bwUniCluster, ForHLR I und ForHLR II installiert. Interessierten Instituten kann das Programm auch für andere Betriebssysteme, einschliesslich Windows7/8/10, zur Installation zur Verfügung gestellt werden.

Zum eigentlichen CFX Solver gehören noch:

  • die Entwicklungsumgebung ANSYS Workbench und der Modellierer und Vernetzer ANSYS ICEM_CFD.
  • ein Präprozessor CFX-Pre, zur Modellerstellung
  • ein Postprozessor CFD-Post

Alle Module können über Kommandozeilen aufgerufen werden oder auch über den CFX Launcher angesteuert werden. Näheres findet man in der Kurzanleitung und in den Handbüchern zu CFX.

Ein Überblick über die Funktionalitäten des Programms:

  • stationäre und transiente Strömungen
  • laminare newtonsche und nicht-newtonsche Fluide
  • zahlreiche Turbulenzmodelle
  • inkompressible und kompressible Fluide,
    auch für den supersonischen und transsonischen Bereich
  • Wärmeleitung, Konvektion
  • Massentransport, chemische Reaktionen
  • Strömungen mehrerer Fluide, Mehrphasenströmung
  • Teilchenbahnen, Verbrennung, Strahlung
  • freie Oberflächen
  • bewegliche und veränderbare Gitter
  • lokale Netzverfeinerung
  • Import von ProE- und anderen CAD-Daten
  • Visualisierung mit EnSight

 

Die CFX-Komponenten

CFX kann in der ANSYS Workbench integriert benutzt werden, die CFX-Komponenten können aber auch direkt über Kommandos aufgerufen oder über den CFX Launcher angesteuert werden. Dieser wird einfach durch

cfx5

aufgerufen. Hier können auch Informationen über Programm- und Systemkonfiguration abgefragt werden.

ANSYS Workbench und ANSYS ICEM_CFD

sind beides Werkzeuge um Geometrien und Netze für CFX zu generieren. Es wird ein gtm- oder cfx-File erzeugt. Weitere Werkzeuge sind "Third Party" Programme wie z.B. HyperMesh, welches ebenfalls am SCC zur Verfügung steht.

CFX-Pre

ist ein Präprozessor zur Definition der Randbedingungen und der physikalischen Eigenschaften des Modells.
Dazu liest er das gtm- bzw. cfx-File ein und erzeugt

  • ein Case-File id.cfx
  • ein Sessionfile id.pre (auf Anforderung)
  • ein Definition-File id.def, das vom CFX-Solver eingelesen wird
  • ein Multi-Configuration-File id.mdef, das vom CFX-Solver eingelesen wird
  • ein CFX Command Language File id.ccl (auf Anforderung)

CFX-Pre kann auch pre-, cfx-, def- und ccl-Files einlesen und daraus wiederum eine Simulation aufbauen.
Selbst ein Ergebnis-File id.res, wie es vom Solver erzeugt wird, kann reimportiert werden.

CFX Solver Manager

ist eine Oberfläche zur Interaktion mit dem Solver.

  • hier läßt sich ein Job
    • starten, abbrechen
    • überwachen
  • die Ergebnisse lassen sich in bestimmten Formaten exportieren, z.B.
    • Patran
    • EnSight
    • FieldView
  • das Definitionsfile kann editiert werden

Der Solver Manager nummeriert die Jobs, beginnend mit 001, durch, so dass die Jobnamen und Ergebnisdateien id_001 als Namensbestandteil haben.

Der CFX Solver liest das Definition-File id.def (bzw. id.mdef) und liefert folgende Dateien:

das Resultsfile, das die Geometrie und die Lösung enthält und Eingabedatei für CFD-Post ist: id_001.res bzw. id_001.mres

  • im transienten Fall wird gleichzeitig ein Verzeichnis mit dem Namen id_001 angelegt, in dem Dateien mit Namen nn.trn liegen, wobei nn die Nummer des Zeitschrittes bedeutet, oder
  • das Outputfile, in dem Informationen über das Modell und dem Lösungsvorgang stehen; Name: id_001.out bzw. id_001.mout

 

CFD-Post

dient zur Visualisierung der Ergebnisse.

  • als Eingabedatei ist das Ergebnisfile id.res oder id.mres nötig
  • im transienten Fall greift CFD-Post auch auf die Dateien im Unterverzeichnis id_nn zurück
  • weitere mögliche Eingabedateien sind
    • das CFD-Post Sessionfile id.cse
    • das CFD-Post Statefile id.cst (das entspricht dem CFX Command Language File)
    • das CFX Definitionfile id.def

Alle Module lassen sich auch direkt mit Kommandos aufrufen. Auch Funktionalitäten des CFX Solver Managers lassen sich direkt aufrufen. Einige wichtige Kommandos sind:

 

cfx5pre ruft CFX-Pre direkt auf
cfx5post

ruft CFD-Post direkt auf

cfx5info

gibt die System- und Programmkonfiguration aus

cfx5_config

entspricht dem Aufruf cfx5info - full

cfxexport

exportiert Daten im Definitions- und Resultsfile in Formate für
Patran, EnSight oder FieldView

cfx5cmds

editiert das Definitonsfile

 

Die einzelnen Beschreibungen und Optionen erhält man, wenn man die Kommandos mit der Option -h eingibt.

 

CFX auf den Linux-Clustern des SCC

Auf den Linux Clustern bwUniCluster, ForHLR I und ForHLR II wird ein Modulkonzept eingesetzt. Um ANSYS zu verwenden, müssen Sie zuerst das entsprechende Modul laden. Sie erhalten alle vorhandenen Software-Module, indem Sie

module avail

eintippen. Um das Modul der aktuellen Version von ANSYS zu laden, geben Sie Folgendes ein:

module load cae/ansys

Sie können das Modul auch mit der gewünschten Versionnummer laden, wie z.B.

module load cae/ansys/19.0


Auf den Linux-Clustern des SCC sollte die Ausführung von CFX unter Kontrolle eines Job Management Systems stattfinden, welches die Rechnerressourcen für den CFX-Job bereitstellt. Um die Verwendung von CFX auf diesen Clustern zu vereinfachen, wurde das Startskript ‚cfx5job‘ bereit gestellt. Der Aufruf des Solvers für den bwUniCluster und den ForHLR I lautet demnach:

cfx5job -j name -t cpu-zeit -m memory
[-R restart-datei][-p prozessoren][-n nodes][-s string]

 

name

Name der Definitionsdatei

cpu-zeit

CPU-Zeit in Minuten

memory

Hauptspeicherbedarf in MByte

prozessoren

Anzahl der Prozessoren
auf UC1: singlenode max. 16 / multinode max. 28
auf FH1: singlenode / multinode max. 20

nodes

Anzahl der Knoten; Vorbesetzung: 1

restart-datei

Name der Ergebnisdatei, falls ein Restartlauf folgen soll

string

weitere Optionen, die als Textstring in Hochkomma eingschlossen
angegeben werden können


Der Aufruf von CFX kann auch per Skript durchgeführt werden. Hier nachfolgend ein Skript "run_cfx.sh", wie man eine CFX-Berechnung parallel auf zwei Knoten mit jeweils 28 Prozessoren auf dem bwUniCluster startet:

#!/bin/sh
#MSUB -l nodes=2:ppn=28
#MSUB -l walltime=0:10:00
#MSUB -l pmem=3000mb
#MSUB -q multinode
## setup environment
module purge
module load cae/ansys/19.0
export MPI_USESRUN=1
export CFX5RSH=ssh
hostlist=$(srun hostname -s)
hostlist=`echo $hostlist| sed 's/ /,/g'`
## start cfx
cfx5solve -def test.def -par-dist $hostlist -start-method 'IBM MPI Local Parallel'


Um das Skript an das Job Management Systems zu submittieren, führen Sie Folgendes aus

msub run_cfx.sh

 

Auf dem ForHLR II werden nur ganze Knoten mit jeweils 20 Prozessoren zugewiesen. Daher lautet der Aufruf des Solvers wie folgt:

cfx5job -j name -t cpu-zeit [-n nodes][-s string]


Entsprechend sieht das Startskript "run_cfx.sh" auf dem ForHLR II folgendermassen aus:

#!/bin/sh -l
#SBATCH --nodes=2
#SBATCH --ntasks-per-node=20
#SBATCH --time=0:10:00
#SBATCH --partition=normal
## setup environment
module purge
module load cae/ansys/17.2
module add system/ssh_wrapper/0.1
source cfxinit
export hostlist=$(srun hostname -s)
export hostlist=`echo $hostlist| sed -e 's/ /,/g'`
## start cfx
cfx5solve -def test.def -par-dist $hostlist -start-method 'Intel MPI Local Parallel'
 

Um das Skript an das Job Management Systems zu submittieren, führen Sie Folgendes aus

sbatch run_cfx.sh

 

Weitere Informationen zum Batchsystem erhalten Sie unter diesen Links:

Batch Job Management System des bwUniCluster
Batch Job Management System des ForHLR I und des ForHLR II

ANSYS Installationsanleitung

Mitglieder des KIT können die Software und das Installationshandbuch direkt von unserem ftp-Server
http://ftp.scc.kit.edu/pub/campus/ANSYS/ herunterladen.

Aus dem Campusnetz heraus können Sie auch direkt über
CIFS: \\sccfs.scc.kit.edu\Service\SCC\sccfs-ftp\pub\campus bzw.
NFS: sccfs.scc.kit.edu:/Service/SCC/sccfs-ftp/pub/campus zugreifen.

In folgenden Verzeichnissen finden Sie die entsprechenden Installationsdateien  im ISO-, TAR- bzw. ZIP-Format:

LINX64 ................... Linux, 64 Bit
WIN64 .................... Windows, 64 Bit

Eine 32 Bit-Version steht nicht mehr zur Verfügung.

Im Verzeichnis Dokumentation finden Sie u.a. das Installationshandbuch und die Release Notes (im ZIP-Format):

Einige Tutorials finden Sie im Verzeichnis Tutorials.

Gehen Sie wie folgt vor:

  1. Laden Sie die ISO, TAR- bzw. ZIP-Files aus dem entsprechenden Verzeichnis herunter.
  2. Entpacken Sie jedes der Pakete in einem separaten Ordner bzw. mounten diese. Unter Windows können Sie IOS-Files z.B. mit dem Programm Virtual Clone Drive mounten.
  3. Starten Sie unter Windows anschließend die Datei setup.exe. Im sich nun öffnenden Installationsfenster installieren Sie zunächst die "Required Prerequisites", und danach dann die ANSYS Produkte.
    Unter Linux geben Sie INSTALL -noroot ein. Installieren Sie keinen lokalen Lizenzmanager.
  4. Nach der Installation erscheint ein Fenster, in dem Sie den Lizenzserver spezifizieren müssen. Hier geben Sie ein:
    bei SERVER       : 10550@scclic4.scc.kit.edu
    bei ANSLI_SERVERS: 2325@scclic4.scc.kit.edu
  5. Sie können auch im Nachhinein im Unterverzeichnis Shared File\Licensing bzw. shared-files/licensing in der Datei ansyslmd.ini die beiden Zeilen eintragen:
    SERVER=10550@scclic4.scc.kit.edu
    ANSYSLI_SERVERS=2325@scclic4.scc.kit.edu
  6. Für die Softwareprodukte aus dem Halbleiterbereich (RedHawk, PowewArtist) musste leider ein getrennter Lizenzmanager auf der scclic1.scc.kit.edu und dem Port 1881 aufgesetzt werden. Tragen Sie diesen bitte direkt bei der Installation der Produkte ein.

Dokumentation

Die Dokumentation ist Online erhältlich. Für den Zugriff (auch auf das Customer Portal) und müssen Sie sich einen Account bei Ansys anlegen. Bitte erfragen Sie zuvor die Customer Number bei den Betreuern.

Version 2019R1:

Auf dem ftp-Server http://ftp.scc.kit.edu/pub/campus/ANSYS/ANSYS2019R1/Documentation/ finden Sie folgende Dateien:

  • ANSYSPRODUCTPDFDOC_2019R1.zip Handbücher und Installationsanleitungen ( Liste )
  • ANSYSRELEASEDOC_2019R1.zip Versions-Dokumentation ( Liste )
  • Linux_Installation_Guide.pdf
  • Windows_Installation_Guide.pdf
  • ANSYS_Installation_Guides.pdf
  • Infos zu den einzelnen Installationspaketen:
    2019R1-DownloadCenter-Info-Structures-ANSYSAdditive-and-ANSYSMotion.pdf
    2019R1-DownloadCenterInfo-Discovery.pdf
    2019R1-DownloadCenterInfo-Electronics-Academic.pdf
    2019R1-DownloadCenterInfo-Electronics.pdf
    2019R1-DownloadCenterInfo-Fluids-and-Structures.pdf
    2019R1-DownloadCenterInfo-Fluids.pdf
    2019R1-DownloadCenterInfo-ISO.pdf
    2019R1-DownloadCenterInfo-Multiphysics-Campus-Solution.pdf
    2019R1-DownloadCenterInfo-PrepPost.pdf
    2019R1-DownloadCenterInfo-ProductInstallation-Update-for-German-OS.pdf
    2019R1-DownloadCenterInfo-SpaceClaim-Direct-Modeler.pdf
    2019R1-DownloadCenterInfo-WorkbenchVerificationFiles-Fluids-and-CFX.pdf
    2019R1-DownloadCenterInfo-WorkbenchVerificationFiles-Structures.pdf
    2019R1.2-DownloadCenterInfo-Documentation.pdf

Aus dem Campusnetz heraus können Sie auch direkt über
CIFS: \\sccfs.scc.kit.edu\Service\SCC\sccfs-ftp\pub\campus\ANSYS bzw.
NFS: sccfs.scc.kit.edu:/Service/SCC/sccfs-ftp/pub/campus/ANSYS zugreifen.