Dynamika tekutin v různých profesních oblastech Regionální centrum, Olomouc 28.2.2012
Zuzana Záhorová
[email protected] Karel Bittner
[email protected]
www.humusoft.cz www.comsol.com tel.: 284 011 730 fax: 284 011 740
Program semináře
2
9:00 – 9:20
registrace
9:20 – 10:20
COMSOL Multiphysics, 1. část
10:20 – 10:50
přestávka
10:50 – 11:50
COMSOL Multiphysics, 2. část
11:50
závěr, diskuze, dotazy
HUMUSOFT s.r.o.
HUMUSOFT s.r.o. • •
Firma založena v r. 1990, sídlo v Praze Produkty a služby v oblasti technických výpočtů, řídicí techniky, simulace dynamických systémů a podnikových procesů
• MATLAB, Simulink, Stateflow – Inženýrské výpočty, simulace dynamických systémů – The MathWorks, Inc.
• COMSOL Multiphysics – Otevřený systém pro multifyzikální analýzu (metoda konečných prvků) – Comsol AB
• dSPACE - vývojové systémy – dSPACE GmbH.
• Vývoj vlastního software & hardware – Virtual Reality Toolbox, Real-Time Toolbox, Real-Time Windows Target – Měřicí karty – Modely pro výuku teorie řízení
• Paralelní pracovní stanice HeavyHorse – Multiprocesorové stanice pro High-Performance Computing 3
HUMUSOFT s.r.o.
COMSOL Multiphysics • Modelování fyzikálních jevů popsaných parciálními diferenciálními rovnicemi s následným řešením metodou konečných prvků • Equation Based Modelling – základem je knihovna rovnic popisujících vybrané úlohy
4
HUMUSOFT s.r.o.
COMSOL Multiphysics
5
HUMUSOFT s.r.o.
Oblasti využití
6
HUMUSOFT s.r.o.
COMSOL Multiphysics • Model tvoří základní uzly – Geometrie – Fyzikální nastavení – Síť – Analýza (Study) – Výsledky (Results) • Možnost vytvářet sekvence uzlů
• Geometrický sweep (změna geometrie při výpočtu) • Výpočty na počítačových clusterech
7
HUMUSOFT s.r.o.
Aplikační oblasti CFD modulu • Simulace proudění tekutin v rámci komplexních procesů – Transport částic v chemickém reaktoru – Chlazení elektroniky – Rozptyl nukleárního odpadu šířícího se z podzemního úložiště – Modelování nenewtonovských tekutin
• Různé průmyslové aplikace – – – –
8
Tepelné výměníky Turbíny Separační jednotky Ventilační systémy
HUMUSOFT s.r.o.
Rozhraní CFD modulu • Proudění jedné fáze – Turbulentní modely – Stokesovo proudění (Creeping Flow) – Rotační stroje • Vícefázové proudění – Bubbly Flow – Mixture Model – Euler-Euler Model – Dvoufázové proudění • Proudění v pórovitých médiích – Darcyho zákon – Brinkmanova rovnice – Kombinace volného proudění a průsaků – Proudění dvou fází (Darcyho zákon) 9
HUMUSOFT s.r.o.
Rozhraní CFD modulu • Proudění v tenkých vrstvách – Lubrication Shell (na stěnách) – Thin-Film Flow (pouze ve 2D) • Stlačitelné proudění – „High Mach Number Flow“ • Neizotermální proudění • Fluid-Structure Interaction (ve spojení se strukturálním nebo MEMS modulem) • Chemie – Modelování koncentrovaných roztoků (Transport of Concentrated Species) 10
HUMUSOFT s.r.o.
Microfluidics Module
11
Oblasti využití
Rozhraní modulu
• Molekulární biologie • Proudění krve v kapilárách • Mikroreaktory, mikropumpy, mikromixéry • Vakuové systémy
• Proudění jedné fáze – Stokesovo proudění • Dvoufázové proudění – Level Set, Phase Field, Moving Mesh • Proudění v porézních médiích – Darcyho zákon – Brinkmanova rovnice – Kombinace volného proudění a průsaků • Volné molekulární proudění
HUMUSOFT s.r.o.
Subsurface Flow Module Oblasti využití • Proudění podzemních vod a jejich znečišťování • Modely sopek, proudění lávy • Těžba ropy • Odvodňování pórovitých materiálů
12
Rozhraní modulu • Chemie – Modelování roztoků • Proudění v porézních médiích – Darcyho zákon – Brinkmanova rovnice – Kombinace volného proudění a průsaků – Richardsonova rovnice – Proudění v prasklinách („Fracture Flow“) • Přestup tepla – Přestup tepla v porézním prostředí • Strukturální mechanika – Poroelasticita HUMUSOFT s.r.o.
Příklad Proudění v mixéru a trasování částic • Kombinace CFD Module (rotační stroje) a Particle Tracing Module • Okrajové podmínky: 3 vstupy + 1 výstup • Nestacionární úloha: výpočet po dobu 2s • Výsledky simulace – Proudové pole – Vizualizace pohybu jednotlivých částic, analýza míšení – Histogram délky trajektorie částic
13
Zobrazení částic v čase t = 0.2 s, 0.4 s, 1 s, 2 s
HUMUSOFT s.r.o.
Příklad Tryska v inkoustové tiskárně • Model vypuštění kapičky z trysky v inkoustové tiskárně • Rozhraní pro řešení dvoufázového proudění – level-set metoda • Okrajová podmínka wetted wall • Geometrie: 2D osově symetrický model • Výsledky simulace – Zobrazení kapky inkoustu v jednotlivých časových krocích – Otočení řešení pro zobrazení ve 3D – Časově závislý graf hmotnosti inkoustu
14
Rychlostní pole v čase t = 40 μs, 80 μs, 160 μs HUMUSOFT s.r.o.
Wetted wall – okrajová podmínka
Contact angle
15
Slip length
HUMUSOFT s.r.o.
Příklad Ohřívání vody ve sklenici • Modelování volného proudění ve sklenici vody • Sklenice s vodou se vyndá z lednice (5°C) a nechá se v místnosti (25°C) • Výsledky simulace – Rozložení teploty a charakter proudění během 5 minut zahřívání – Graf tepelných toků přes jednotlivé stěny sklenice
Teplotní pole a proudnice v čase t = 60s, 228s
16
HUMUSOFT s.r.o.
Další zdroje informací • Školení – firma HUMUSOFT pořádá dvoudenní školení programu COMSOL Multiphysics – zhruba 1x za 2 měsíce, termíny jsou vyhlašovány 3 týdny předem • www.humusoft.cz/skoleni
• Semináře – tematické semináře pořádané v různých městech v České Republice a na Slovensku, účast zdarma • http://www.humusoft.cz/kalendar/seminare
• Workshopy – praktické seznámení se s programem na PC pod vedením lektora – workshopy mají zaměření na různé profesní oblasti a jsou zdarma • http://www.humusoft.cz/kalendar/workshop
• WWW semináře (webinars) – bezplatné on-line semináře probíhající na internetu v reálném čase v daný den a hodinu – v angličtině (COMSOL) – přehled připravovaných a archiv uskutečněných www seminářů • www.comsol.com/events/webinars, http://www.humusoft.cz/wwwseminare
www.humusoft.cz 17
HUMUSOFT s.r.o.
Nabídka konzultačních služeb • Firma HUMUSOFT nabízí pomoc při řešení Vašich projektů v programu COMSOL Multiphysics formou – Konzultačních služeb – Modelování úloh z oblasti FEM analýzy – Zpracování projektů
18
HUMUSOFT s.r.o.
COMSOL Multiphysics • Výpočty na počítačových clusterech – malé úlohy (parametrický sweep) > jedna úloha – jeden node – velké úlohy (distributed parallel solver) > jedna úloha – více node
• Jaké druhy clusteru COMSOL podporuje – – – –
Windows HPC Server 2008 R2 Windows HPC Server 2008 Windows Compute Cluster Server 2003, Service Pack 1 Red Heat Enterprise Linux 5, v clusteru stejné verze a podobný HW
• COMSOL nepodporuje – clustery založené na grafických kartách (CUDA) 19
HUMUSOFT s.r.o.
COMSOL Multiphysics Typy licencí – jednouživatelské vázané na PC (CPU) • technická podpora pro uživatele pracujícího na tomto PC
– jednouživatelské vázané na uživatele (NSL) • technická podpora pro konkrétního uživatele
– síťové (FNL) • možnost práce client/server • využití vzdáleného přístupu • využití na clusterech
– Všechny licence vázané na „host ID“ počítače Zkušební verze • Plnohodnotná verze COMSOL Multiphysics • Časově omezena maximálně na 30 dní • V případě zájmu nás kontaktujte –
[email protected] 20
HUMUSOFT s.r.o.
COMSOL Multiphysics • Požadavky na HW – Windows 2000, Windows XP, Windows XP Professional x64 Edition, Windows Vista (32 a 64 bit), Windows 7, Windows HPC Server 2008, Windows Server 2008, Windows 2003 Compute Cluster Server a Service Pack 1, Windows 2003 Server x64 Edition, Windows 2003 Server x64 Edition – Pentium III nebo novější (AMD Opteron, AMD Athlon 64, Pentium 4 s EM64T, nebo Xeon s EM64T) – OpenGL 1.1 Microsoft nebo akcelerátor podporující OpenGL 1.1, nebo Direct X verze 8.0 nebo pozdější. Grafická karta min. 32 MB paměti – Pro práci s MATLABem verze 2006a/b, 2007a/b, 2008b/2009a, 2009b – minimální doporučená RAM 1 GB, 1-4 GB volného místa na disku
• UNIX – – – – –
Solaris 8,9,10 (UltraSPARC II nebo pozdější) Linux (AMD Opteron, AMD Athlon 64, EM64T, Itanium 2) 32-bit: Debian 3.0, 3.1, RedHat Enterprise 4/5, Fedora Core 8, SUSE 10.3 64-bit: SUSE 9.0, 9.3 10.3, RedHat Enterprise 4/5 (AMD64/Intel EM64T), Fedora Core 8 MAC, PowerPC G4 nebo PowerPC G5, Intel processor
www.comsol.eu/products/requirements/ 21
HUMUSOFT s.r.o.
Humusoft HeavyHorse • Procesory AMD Opteron – 2x až 4x procesor, 4-12 jader
• 8-64 GB RAM • Grafická karta nVIDIA s podporou GPU výpočtů • Pevný disk 500 GB nebo 1000 GB • Optická mechanika DVD±RW • Operační systém podle přání – Microsoft Windows 64-bit: XP, Vista, 7, Server – Linux 64-bit: OpenSUSE, Ubuntu
• Možnost předinstalace aplikací – MATLAB – MATLAB Distributed Computing Server – COMSOL Multiphysics
22
HUMUSOFT s.r.o.
Děkuji za pozornost
23
HUMUSOFT s.r.o.
