【仿真平台性能测试】Fluent旋转机械稳态分析

前言

CFD是工业仿真领域重要的分支之一，也是高性能计算的主要应用场景之一。本期选取了CFD领域的典型场景，稳态仿真计算案例——基于MRF方法的旋转机械流场分析，我们选用的软件是CFD领域最常用的仿真软件Fluent。我们来看下基于“神工坊”高性能工业仿真平台”的CFD稳态计算，和其他仿真云平台效率对比的情况。

模拟与网格

我们采用某品牌空调室外机作为稳态分析的仿真模型，如下图所示，左侧与后侧的进口流域，以及前侧的出口流域都考虑到计算中，并对空调内部结构简化后进行网格划分，最终网格单元数868万，其中，风扇叶片的旋转速度是850rpm。

求解设置

根据该款旋转机械的相关参数，经过理论计算得到该旋转机械的最大速度为25.6m/s，折合马赫数为0.075，为不可压缩流动，故选择压力基求解器，湍流模型选用了适用于旋转机械的k-ε Realizable模型。对于动区域计算模型，本次稳态计算选择了网格静止不动的MRF旋转坐标系法，计算迭代步数400步，相关设置如下。    

仿真结果

迭代完成之后仿真云图如下所示： 

仿真平台对比

我们进行Fluent旋转机械稳态分析时,“神工坊”高性能工业仿真平台与其他两家仿真云平台的硬件参数如下表所示：

计算过程中三个平台的一些输出日志如下图所示：

本次仿真并行规模分别选取了16核、32核、64核、128核（受限于另外两个平台无法进行跨节点并行，并行规模无法进一步扩大），我们在“神工坊”平台进行了256核等更大规模的并行计算，结果显示计算用时会进一步缩短。      

“神工坊”高性能工业仿真平台与其他几家仿真云平台的计算时间如下图所示，其中，由于仿真云平台2最高只能64核并行使用，故图表中无仿真云平台2并行规模为128核的结果。      

可以发现，“神工坊”高性能工业仿真平台在进行稳态仿真分析时，表现出了绝对的速度优势。从16核到128核，其仿真计算速度都明显优于其他仿真云平台，且在相同并行核数下其仿真计算时间仅为其他仿真云平台的1/2不到，尤其是在64核并行时，其仿真计算时间更是只有仿真云平台1的1/3左右。      

我们以每个仿真云平台16核的计算时间为基本单位，计算各个平台的并行效率，结果如下图所示。我们可以发现“神工坊”高性能工业仿真平台的并行效率也是优于其他仿真云平台，且在每个核数下都保持着较高的并行效率。    

结论

综上所述，“神工坊”高性能工业仿真平台在进行Fluent稳态仿真分析时，无论是计算时间还是并行效率，均优于其他仿真云平台。

“神工坊”高性能工业仿真平台以超算HPC集群作为硬件支撑，实现了跨节点大规模并行计算，可以高效处理大规模网格模型以及复杂流场，大大缩短了企业仿真用时，提升工业设计效率。

十四五期间，工业数字化将是工业转型升级的主路线。“神工坊”秉持“算力赋能、协同创新”的理念，争做“先进算力到仿真算能的转换器”、“离散机理和垂直仿真场景的连接器”，助力我国工程仿真技术实现跨越发展，支撑重大装备研制创新和工业设计研发数字化转型。（ 本文作者：郯俊建）