OBIETTIVO FLUENTOBIETTIVO OBIETTIVO FLUENTFLUENT

SEMINARIO PER L’UTILIZZO OTTIMALESEMINARIO PER L’UTILIZZO OTTIMALEDI FLUENT NELL’AMBIENTE DI FLUENT NELL’AMBIENTE

DELLA GRIGLIA COMPUTAZIONALE DELLA GRIGLIA COMPUTAZIONALE ENEA.ITENEA.IT

Dott. Roccetti PaoloDott. Roccetti Paolo

Fluent nasce con l’esigenza di valutare il campo termo-fluidodinamico associato a flussi

in geometrie complesse.

All’interno del codice sono implementati diversi modelli che permettono di affrontare problematiche inerenti:

- flussi stazionari e transitori;- il trasferimento di calore per convezione e/o irraggiamento;- flussi periodici;- flussi in rotazione e con componenti elicoidali;- flussi compressibili ed incompressibili;- flussi non viscosi;- flussi laminari e turbolenti;- il trasporto delle specie chimiche e flussi reattivi;- modelli per la formazione di inquinanti;- modelli per il cambiamento di fase;- flussi multifase;- flussi in regioni in movimento relativo;- flussi in geometrie variabili (griglie dinamiche);

INTRODUCTION

The following synthetizes the characterization of the burner “WS Rekumat C-150 B”, based on flameless combustion technology. This burner (40 kW), installed in the ENEA experimental facility M.C.D. (Mild Combustion Demonstrator, fig.1 is designed in order to operate either in conventional flame or in diluted combustion. Some 3-D reactive Navier-Stokes simulations, by means of the the FLUENTTM code, have been performed. Experimental data were also collected and comparisons have been done between numerical simulations and experiments. Two different modelling approaches have been applied in the simulations. One based on the P.D.F. (Probability Density Functions) approach – equilibrium assumption and the other one based on eddy-dissipation (EDC) – one step finite kinetics approach. We simulated three working conditions for the burner: the most important parameter is Tref that is a reference temperature in the burner, a sort of mean temperature. So we performed three simulations, with Tref=950°C, Tref=1050°C and Tref=1150°C. Fig.2 shows the geometry setup.

HOW DO I SIMULATE A MILD COMBUSTOR BURNER

Dr. G.Calchetti – Eng. M.Rufoloni

Tref = 1050°C.

The results of the simulations at 1050°C are in qualitative agreement with those of the case at 950°C. In this physical situation, the higher processtemperature reduces the ignition delay. From theexamination of the results, shown in fig.6,7,8 it canbe seen that still in this case the M.&H. – 1 stepmodel gives a better prediction of the temperaturefield.

HOW DO I SIMULATE A PREMIXED COMBUSTORDr. G.Calchetti; Eng. M.Rufoloni

The following describes a series of FLUENTTM simulations of the thermofluidynamic behavior of a KTITM burner (Kinetics Thecnology International) Model KT 80-80 (fig.1,2) and qualitative comparisons with some experimental data. The objective is the evaluation of the predictive behavior of the FLUENTTM (V.5.3) implementation of the Zimont premixed combustion model.

Combustion Chamber

Burner Head

We first performed a cold (non-reactive) simulation, in order to calculate the mixing of the reacting species (AIR+METHANE) on the whole Geometry (Burner + combustion chamber), using a compressible model. This because the FLUENT Zimont model works only for perfectly premixed mixtures. In fig.3 is shown the CH4 mass fraction contours. At the combustion chamber inlet we have a perfectly premixed mixture.

Picture of the combustion chamber inlet zone.

Temperature contours

CH4 mass fraction contours

CONCLUSIONS

The present work represents the first application of the FLUENT implementation of the Zimont premixed combustion model in ENEA.The results obtained by such model was encouraging: we found a good qualitative description of the combustion zone.

La simulazione riguarda il primo stadio di una turbina assiale di alta pressione, utilizzata in “high bypass ratio engine”, realizzata nel Lewis Reserch Center della NASA.

Applicazione di modelli avanzati di turbolenza LES allo studio numerico di uno stadio di turbina assiale a gas

Dott. Roccetti Paolo

Stator blade temperature contours

Near stator hub path lines

VORTEX SHEDDING

Velocity Vectors released behind the Stator trailing edge

L’AMBIENTE E LE RISORSE ENEAL’AMBIENTE E LE RISORSE ENEA

LA SOTTOMISSIONE CON ‘LA SOTTOMISSIONE CON ‘LSF’LSF’

L’interfaccia per l’utente:L’interfaccia per l’utente:

……le funzionalità:……le funzionalità:

Principali funzionalità di LSF:

•• Richiesta di una risorsa di calcoloRichiesta di una risorsa di calcolo–– Per piattaforma/modelloPer piattaforma/modello–– SpecificaSpecifica (Modalità che sarà ridotta al minimo)(Modalità che sarà ridotta al minimo)

•• Richiesta di un software commerciale specificoRichiesta di un software commerciale specifico–– Completamente automaticoCompletamente automatico–– Per casi speciali è previsto specificare il calcolatorePer casi speciali è previsto specificare il calcolatore

•• Sottomissione di programmi utenteSottomissione di programmi utente–– Specificare modello/piattaforma e codaSpecificare modello/piattaforma e coda

•• Sottomissione di codici (Sottomissione di codici (AbaqusAbaqus, , FluentFluent…’Utente’)…’Utente’)–– Interfacce specifiche sviluppate con l’utenzaInterfacce specifiche sviluppate con l’utenza

•• Funzioni di Funzioni di monitoring monitoring sia del sistema che dei job, sia del sistema che dei job, Help, Help, Edit Edit

Gestione generale di una specifica richiesta al sistema

InterfacciaGrafica

(RICHIESTA)

Cluster Cluster ConfigurationConfiguration(STATICO)(STATICO)

Stato delle Risorse(TEMPO REALE)

Politica delle code

(STATICO)

•Accoda la richiesta

•Assegna la risorsa

•Lancia il comando sul calcolatore selezionato

File Server

Data Base Server

Client AFS

Cache locale

AFS

LSF

•Risolve la piattaforma•Verifica i diritti di accesso•Mantiene la coerenza dei dati

L’ottimizzazione dell’interfaccia per L’ottimizzazione dell’interfaccia per GAMBIT & FLUENTGAMBIT & FLUENT

IlIl telnettelnet, i software e….., i software e…..

-- OptionsOptions::

Per il GAMBIT apparePer il GAMBIT appareuna semplice schermatauna semplice schermatain cui è possibile selezionarein cui è possibile selezionaredue tipi di opzioni:due tipi di opzioni:

LSF LSF OptionsOptions::

--o o nomefilenomefile.%J file per l’output;.%J file per l’output;--w “w “donedone((XidjobXidjob)”: fa iniziare il job)”: fa iniziare il job

quando finisce il job X;quando finisce il job X;--u eu e--mail mail YutenteYutente: spedisce l’output: spedisce l’output

all’utente Y (si può usare invece di all’utente Y (si può usare invece di ––o);o);--B B begintimebegintime: fa partire il job all’orario : fa partire il job all’orario

prescelto compatibilmente con i nodi eprescelto compatibilmente con i nodi ele licenze disponibili;le licenze disponibili;

--E E commandcommand: esegue un comando prima di: esegue un comando prima disottomettere il job;sottomettere il job;

LSF LSF OptionsOptions::

--o o nomefilenomefile.%J file per l’output;.%J file per l’output;--w “w “donedone((XidjobXidjob)”: fa iniziare il job)”: fa iniziare il job

quando finisce il job X;quando finisce il job X;--u eu e--mail mail YutenteYutente: spedisce l’output: spedisce l’output

all’utente Y (si può usare invece di all’utente Y (si può usare invece di ––o);o);--b b begintimebegintime: fa partire il job all’orario : fa partire il job all’orario

prescelto compatibilmente con i nodi eprescelto compatibilmente con i nodi ele licenze disponibili;le licenze disponibili;

--E E commandcommand: esegue un comando prima di: esegue un comando prima disottomettere il job;sottomettere il job;

Per FLUENT la schermataPer FLUENT la schermataè leggermente più complessa;è leggermente più complessa;anche qui ritroviamo leanche qui ritroviamo leopzioni come in precedenza:opzioni come in precedenza:

-- OptionsOptions::

FLUENT FLUENT versionversion::2d, 2ddp, 3d, 3ddp2d, 2ddp, 3d, 3ddp

Il file di input Il file di input per il BATCHper il BATCH

Il numero di processori Il numero di processori

Il tipo di piattaformaIl tipo di piattaforma(solo per il parallelo)(solo per il parallelo)

La coda LSF La coda LSF per il BATCH:per il BATCH:SmallSmall_10m,; _10m,; Medium_2h;Medium_2h;LargeLarge

Il file di input per il FLUENT in modalità BATCHIl file di input per il FLUENT in modalità BATCH

-- Per FLUENT esistono una serie di comandi manuali (consultabili Per FLUENT esistono una serie di comandi manuali (consultabili nell’ HELP) nell’ HELP) che permettono di eseguire tutti i passi necessari per la prepche permettono di eseguire tutti i passi necessari per la preparazione e l’esecuzione arazione e l’esecuzione della simulazione . della simulazione .

-- Il sistema più semplice ed efficace per preparare il file di INIl sistema più semplice ed efficace per preparare il file di INPUT per la modalitàPUT per la modalitàBATCH è quello di preparare la simulazione in interattivo (setBATCH è quello di preparare la simulazione in interattivo (settando modelli, condizioni tando modelli, condizioni al contorno e parametri) e di scrivere un “al contorno e parametri) e di scrivere un “nomefilenomefile”.”.cas cas che contenga tutte le informazioni che contenga tutte le informazioni precedenti. Successivamente si può sottomettere la simulazioneprecedenti. Successivamente si può sottomettere la simulazione utilizzando un semplice fileutilizzando un semplice fileper il BATCH che contenga solamente istruzioni di lettura, iteper il BATCH che contenga solamente istruzioni di lettura, iterazione e scrittura, come razione e scrittura, come nell’esempio che segue (valido per una simulazione stazionaria)nell’esempio che segue (valido per una simulazione stazionaria)::

readcase “nomefile-lettura”.cassolve init/init (oppure readdata “nomefile-lettura”.dat )iterate “numero delle iterazioni”writedata “nomefile-scrittura”.datexityes

readcase “nomefile-lettura”.cassolve init/init (oppure readdata “nomefile-lettura”.dat )iterate “numero delle iterazioni”writedata “nomefile-scrittura”.datexityes

LSF e lo stato delle piattaformeLSF e lo stato delle piattaforme

Utilizzando l’interfacciaUtilizzando l’interfacciatroviamo l’opzione:troviamo l’opzione:XLSMONXLSMON

LSF e lo stato delle piattaformeLSF e lo stato delle piattaforme

Utilizzando i comandi da una Utilizzando i comandi da una qualsiasi piattaforma AFS qualsiasi piattaforma AFS troviamo l’opzione:troviamo l’opzione:LSLOAD “LSLOAD “nomesedenomesede””

LSFLSF--BATCH e lo stato del job sottomessoBATCH e lo stato del job sottomesso

CliccandoCliccando su LSFsu LSF--BATCH appare una BATCH appare una schermata in cui compaiono:schermata in cui compaiono:

i ‘jobi ‘job--identifieridentifier;;gli utenti;gli utenti;lo stato;lo stato;il tipo di coda;il tipo di coda;l’host l’host di sottomissione;di sottomissione;l’hostl’host su cui va eseguito il job;su cui va eseguito il job;l’istante di sottomissione;l’istante di sottomissione;il comando con cui il job è stato il comando con cui il job è stato lanciato.lanciato.

Lo stato del job può risultare:Lo stato del job può risultare:

Diverse funzioni sono disponibili con l’LSFDiverse funzioni sono disponibili con l’LSF--BATCH: BATCH: tra le più importanti ricordiamo:tra le più importanti ricordiamo:

-- la modifica del job;la modifica del job;-- la sospensione del job;la sospensione del job;-- la terminazione del job;la terminazione del job;-- il monitoraggio dei dettagliil monitoraggio dei dettagli-- il monitoraggio della storia del job;il monitoraggio della storia del job;-- il monitoraggio dello ‘standard il monitoraggio dello ‘standard output’output’;;

OK OK ? SI ma va in time? SI ma va in time--out (inutilizzabile out (inutilizzabile

per ora)per ora)

OKOKbw1/2/3/4/5/6/7/8/9/10bw1/2/3/4/5/6/7/8/9/10..frascatifrascati.enea..enea.itit

OKOKOKOKOKOKsp3_1.sp3_1.frascatifrascati.enea..enea.itit

OKOKOKOKOKOKeth111/112/113/114eth111/112/113/114.sp..sp.frascatifrascati.enea..enea.itit

OK (ma verrà OK (ma verrà disattivato per non disattivato per non

interagire con i nodi interagire con i nodi bwibwi))

? OK ma va in ? OK ma va in timetime--out out

(inutilizzabile per (inutilizzabile per ora)ora)

OKOKfenffenf..frascatifrascati.enea..enea.itit

OKOKOKOKOKOKonyx2ced.onyx2ced.frascatifrascati.enea..enea.itit

OKOKOKOKOKOKdiomedediomede.casaccia.enea..casaccia.enea.itit

OKOKOKOKOK ma ci sono OK ma ci sono Problemi con i Problemi con i

PulsantiPulsanti--MAUSEMAUSE

infocalinfocal..trisaiatrisaia.enea..enea.itit

OKOKOKOKOKOKeth101/105/109/110eth101/105/109/110.sp..sp.frascatifrascati.enea..enea.itit

OKOKOKOKOKOKpower3.power3.bolognabologna.enea..enea.itit

OKOKOKOKOKOKgraphlabographlabo..bolognabologna.enea..enea.itit

OKOKOKOKOKOKeth101/102/103/104eth101/102/103/104.sp..sp.bolognabologna.enea..enea.itit

OKOKOKOKeca700.casaccia.enea.eca700.casaccia.enea.itit

OKOKOKOKOKOKaiaceaiace.casaccia.enea..casaccia.enea.itit

OKOKOKOKOKOKachilleachille.casaccia.enea..casaccia.enea.itit

FLUENTFLUENTBatchBatch

FLUENT FLUENT InteractiveInteractive

GAMBITGAMBITPiattaformaPiattaforma

TABELLA OPERATIVA PERGAMBIT & FLUENT

SULLE PIATTAFORME DISPONIBILI

TABELLA OPERATIVA PERTABELLA OPERATIVA PERGAMBIT & FLUENTGAMBIT & FLUENT

SULLE PIATTAFORME DISPONIBILI SULLE PIATTAFORME DISPONIBILI

La sottomissione semplice La sottomissione semplice e quellae quella multiclustermulticluster

Nel caso in cui si sottometta una simulazione senza specificare Nel caso in cui si sottometta una simulazione senza specificare l’”l’”hosthost” desiderato, ” desiderato, oppure selezionando esclusivamente l’”oppure selezionando esclusivamente l’”hosthost--typetype”, il sistema provvederà alla scelta ”, il sistema provvederà alla scelta

(secondo parametri prestabiliti) della piattaforma considerata (secondo parametri prestabiliti) della piattaforma considerata più scarica al momento, più scarica al momento, compatibilmente con le caratteristiche richieste per la simulazicompatibilmente con le caratteristiche richieste per la simulazioneone

(numero di (numero di CPUsCPUs, RAM necessaria, ecc..). La scelta verrà effettuata in primis t, RAM necessaria, ecc..). La scelta verrà effettuata in primis tra le ra le piattaforme disponibili nella sede di sottomissione, passando supiattaforme disponibili nella sede di sottomissione, passando successivamenteccessivamente

a quelle nelle altre sedi.a quelle nelle altre sedi.

Le verifiche sono state effettuate dalLe verifiche sono state effettuate dal clustercluster di Frascati in uscita verso le altre sedidi Frascati in uscita verso le altre sedi(Casaccia, Bologna,(Casaccia, Bologna, TrisaiaTrisaia). ).

Esempio 1:Esempio 1:se si sottomette dall’interfaccia di Frascati un caso parallelose si sottomette dall’interfaccia di Frascati un caso parallelo con 4 processori, senza con 4 processori, senza

specificare la piattaforma, il sistema proverà a sottomettere laspecificare la piattaforma, il sistema proverà a sottomettere la simulazione scegliendo simulazione scegliendo la più “scarica” tra le piattaforme di Frascati con un numero dila più “scarica” tra le piattaforme di Frascati con un numero di CPUsCPUs libere >= 4 :libere >= 4 :nel caso non ci sia disponibilità, la scelta verrà effettuata tnel caso non ci sia disponibilità, la scelta verrà effettuata tra le piattaforme delle ra le piattaforme delle altre sedi aventi un numero dialtre sedi aventi un numero di CPUsCPUs libere >= 4.libere >= 4.

Esempio 2:Esempio 2:se si sottomette dall’interfaccia di Frascati un caso parallelo se si sottomette dall’interfaccia di Frascati un caso parallelo con 2 processori con 2 processori specificando l’ “specificando l’ “hosthost--typetype” (ad esempio SGI), il sistema proverà la sottomissione” (ad esempio SGI), il sistema proverà la sottomissionesulla piattaforma ONYX2CED di Frascati; nel caso questa non avessulla piattaforma ONYX2CED di Frascati; nel caso questa non avesse le 2 se le 2 CPUs CPUs disponibili, verrà effettuato un tentativo di sottomissione sulldisponibili, verrà effettuato un tentativo di sottomissione sulle piattaforme SGI e piattaforme SGI delle altre sedi, ovvero su ACHILLE o AIACE per la sede della delle altre sedi, ovvero su ACHILLE o AIACE per la sede della CASACCIA e sulla CASACCIA e sulla GRAPHLABO per la sede di BOLOGNA.GRAPHLABO per la sede di BOLOGNA.

IL caso TESTIL caso TEST

-- Il caso utilizzato per testare le capacità del sistema nel gesIl caso utilizzato per testare le capacità del sistema nel gestire la sottomissione tire la sottomissione è costituito da una simulazione è costituito da una simulazione standard,standard, ovvero da un flusso stazionarioovvero da un flusso stazionarioee turbolento in una geometria confinata. Fondamentale è il numero turbolento in una geometria confinata. Fondamentale è il numero di volumi finiti in di volumi finiti in cui viene suddiviso il dominio. Infatti esso risulta proporzionacui viene suddiviso il dominio. Infatti esso risulta proporzionale alla RAM necessariale alla RAM necessariaper la simulazione ed inversamente proporzionale alle velocità dper la simulazione ed inversamente proporzionale alle velocità di calcolo.i calcolo.

-- Il numero deve essere sufficientemente elevato per rendere effiIl numero deve essere sufficientemente elevato per rendere efficaci le simulazioni incaci le simulazioni inparallelo, visto che la comunicazione tra i nodi rallenta la vparallelo, visto che la comunicazione tra i nodi rallenta la velocità di calcolo;elocità di calcolo;dunque la simulazione in parallelo è efficace solamente se ildunque la simulazione in parallelo è efficace solamente se il guadagno ottenutoguadagno ottenutocon la partizione della griglia risulta maggiore delle perditecon la partizione della griglia risulta maggiore delle perdite perperla comunicazione tra i nodi. D’altronde un numero troppo elevala comunicazione tra i nodi. D’altronde un numero troppo elevato di celle di calcoloto di celle di calcoloavrebbe richiesto un tempo eccessivo per ogni singolo test. avrebbe richiesto un tempo eccessivo per ogni singolo test.

-- Un compromesso accettabile è stato raggiunto utilizzando una Un compromesso accettabile è stato raggiunto utilizzando una meshmesh costituita costituita da circa 310000 elementida circa 310000 elementi..

Le prove dinamiche per il caso testLe prove dinamiche per il caso test

26’ 15”26’ 15”37’ 25”37’ 25”1h 3’ 38”1h 3’ 38”1h 56’1h 56’SP2/POWER2 SP2/POWER2 ((loadload--lovelerloveler))

NONONONO1h 18’ 30” / 1h 18’ 30” / 8837”8837”

1h 17’ 40” / 1h 17’ 40” / 4620”4620”

SP11 SP11 (POWER 3 (POWER 3 VECCHIO)VECCHIO)

7’ 12” ????7’ 12” ????Ma il caso non Ma il caso non

esce!esce!

10 ‘’00”/ ???10 ‘’00”/ ???Il caso non Il caso non

esce!esce!

16’ 40” / 911 x 16’ 40” / 911 x CPU”CPU”

39’ 10” / 1904.139’ 10” / 1904.1Bwi Bwi (LINUX)(LINUX)

NONO20’ 20’ 35’35’1h 14’1h 14’ONYX2cedONYX2ced

6’ 20” / 2825 “6’ 20” / 2825 “11’30” / 2660”11’30” / 2660”22’ 30” / 2620”22’ 30” / 2620”45’ 20” / 45’ 20” / 2600”2600”SP3_1 SP3_1

Tempo di calcolo Tempo di calcolo e “CPU time” con e “CPU time” con

8 8 CPUsCPUs

Tempo di calcolo Tempo di calcolo e “CPU time” con e “CPU time” con

4 4 CPUsCPUs

Tempo di calcolo e Tempo di calcolo e “CPU time” con “CPU time” con

2 2 CPUsCPUs

Tempo di calcolo e Tempo di calcolo e “CPU time” con “CPU time” con

1 CPU1 CPUPiattaformaPiattaforma

4.334.333.353.352.832.832.552.55SP2/POWER2 SP2/POWER2 ((loadload--lovelerloveler))

NONONONO3.473.471.731.73SP11 SP11 (POWER 3 (POWER 3 VECCHIO)VECCHIO)

1.13 ???1.13 ???Ma il caso non Ma il caso non

esceesce

0.87 ???0.87 ???Ma il caso non Ma il caso non

esce!esce!

0.740.740.860.86Bwi Bwi (LINUX)(LINUX)

NONO3.633.631.981.981.641.64ONYX2cedONYX2ced

6’ 20” / 2825 “6’ 20” / 2825 “11’30” / 2660”11’30” / 2660”22’ 30” 22’ 30” 45’ 20” 45’ 20” SP3_1 SP3_1

Con Con 8 8 CPUsCPUs

Con Con 4 4 CPUsCPUs

ConCon2 2 CPUsCPUs

Con Con 1 CPU1 CPUPiattaformaPiattaforma

I rapporti di velocitàI rapporti di velocità

Nella tabella che segue vengono riportati i tempi di calcolo raNella tabella che segue vengono riportati i tempi di calcolo rapportati apportati aquelli ottenuti con quelli ottenuti con l’SP3l’SP3_1_1 ::

I PRINCIPALI COMANDI DI LINEA ‘I PRINCIPALI COMANDI DI LINEA ‘LSF’LSF’

COME ACCEDERE AL SISTEMA TRAMITECOME ACCEDERE AL SISTEMA TRAMITE‘‘CITRIX’CITRIX’

www.bologna.enea.it/citrix/index.htmlwww.bologna.enea.it/citrix/index.html

Le istruzioni per scaricare ed installare il Le istruzioni per scaricare ed installare il clientclient ICA diICA di CitrixCitrix collegarsi con il sito:collegarsi con il sito:

GLI OBIETTIVI FUTURIGLI OBIETTIVI FUTURI

Sottomissioni di RUN GEOGRAFICI su piattaformeomogenee

Sottomissioni di RUN GEOGRAFICI su piattaformenon omogenee