仿真平台性能测试:Fluent旋转机械瞬态分析实战

CFD是工业仿真领域重要分支之一,也是高性能计算的主要应用场景之一。本期选取了CFD领域典型的场景,基于滑移网格方法的旋转机械流场分析,滑移网格方式进行旋转机械计算可以获得定转子之间的时间精确解,精度相比稳态计算更高,计算要求也更苛刻,软件也是采用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瞬态计算,和其他仿真云平台进行效率对比如何。



一、模型与网格

采用某品牌空调室外机作为瞬态分析的仿真模型,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,如下图所示。其中,风扇叶片的旋转速度是850rpm。

【仿真平台性能测试】Fluent旋转机械瞬态分析的图1





二、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,本次瞬态计算选择了网格区域移动的滑移网格法,仿真的模拟时间为10s,相关设置如下。

【仿真平台性能测试】Fluent旋转机械瞬态分析的图2




三、仿真结果

迭代完成之后仿真云图如下所示。

【仿真平台性能测试】Fluent旋转机械瞬态分析的图3



四、仿真平台对比

进行Fluent旋转机械瞬态分析时,所使用的“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。

仿真云平台CPU型号内存主频
神工坊AMD EPYC 7742512G2.25GHz
仿真云平台1Intel Xeon(Cascade Lake) Platinum 826964G2.5GHz
仿真云平台2Intel(R)Xeon(R) Platinum 8350C64G2.6GHz

计算过程中三个平台的一些输出日志如下。

【仿真平台性能测试】Fluent旋转机械瞬态分析的图4

【仿真平台性能测试】Fluent旋转机械瞬态分析的图5

【仿真平台性能测试】Fluent旋转机械瞬态分析的图6

本次仿真并行规模分别选取了16核、32核、64核、128核,受限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。但是我们在“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,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。

【仿真平台性能测试】Fluent旋转机械瞬态分析的图7

可以发现,“神工坊”高性能工业仿真平台在进行瞬态仿真分析时,其仿真计算时间在各个并行规模下都明显少于其他仿真云平台。“神工坊”高性能工业仿真平台在16核下的计算速度就超过了其他仿真云平台在64核下的计算速度,且在32核下的计算速度也优于其他仿真云平台在128核下的计算速度。



五、结论

综上所述,“神工坊”高性能工业仿真平台在进行Fluent瞬态仿真分析时,其性能是远远优于其他仿真云平台的。

“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,可以满足复杂结构模型和算法仿真时对大量计算资源的需求,缩短了大规模仿真用时,为工业设计的高效运行提供保证。

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。

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