OpenFOAMを利用したパラメータスタディ解析ワークフロー

本章では、WHEELを用いた計算事例として「OpenFOAMを利用したパラメータスタディ解析ワークフロー」を紹介します。

3次元CADで作成した分配菅モデルに対して、inletの流速を対象としたパラメータスタディを行ないます。

1. 概要

本事例で使用する解析対象モデルは、分配菅モデルです。

解析モデル D50-d10

inletから流入した流体がoutletから出ていく解析を実施します。

なお、本チュートリアルは、富岳上で実行することを前提としています。異なる環境で実行する場合は、スクリプト・設定を適宜変更してください。

また、事前にこちらのファイルをダウンロードして展開しておいてください。アーカイブ内には次の3つのファイルが含まれます。

pipe.unv: メッシュ(「SALOME-MECA」を用い、CADモデルを元に作成し、Ideas universal形式にてメッシュデータをエクスポートしています)
U: 流速の初期条件ファイル
D50-d10.tgz: ケースファイル

本チュートリアルの最終ステップでは、WHEELサーバにインストールされた ParaViewを使用して計算結果の可視化を行ないます。

このため、WHEELをリモートのサーバにインストールしてチュートリアルを実行していたり ParaViewがインストールされていない環境で実行している場合は、「解析結果の確認」の章は実行できません。

ワークフローの概要

本チュートリアルでは、下図のようにパラメータスタディコンポーネントを用いて、inletの流速を「5m/sから7m/sまで1m/s刻み」で変化させながら解析を行います。

convertコンポーネント: OpenFOAM用のメッシュファイルを用意する。
PS0コンポーネント: inletの流速を変化させながら解析を行う。内部コンポーネントとして、後述の solve コンポーネントを持つ。
solveコンポーネント: convert コンポーネントで作成したメッシュを用いてOpenFOAMによる解析を行う。
extract: 解析結果を展開し、ParaViewで開ける状態にする。

2. ワークフロー作成

新規プロジェクトを作成し、taskコンポーネントを2つと、PSコンポーネントを1つ追加してください。 1つ目のtaskコンポーネントの名前は convert 、2つ目のtaskコンポーネントの名前は extract としてください。

また、PSコンポーネント内部にtaskコンポーネントを1つ追加し、 solve という名前にしてください。

convertコンポーネントの設定

最初に、CADで作成した分配管モデルを convert コンポーネント内に配置します。 convert コンポーネントの Files エリアを開き、事前にダウンロードした pipe.unv をアップロードしてください。

ファイルのアップロードは、Files エリアにファイルをドロップするか、 upload file ボタンをクリックした時に表示されるダイアログで、アップロードするファイルを選択することで行ないます。詳しい操作方法は、リファレンスマニュアルを参照してください。

続いて、convert コンポーネントで実行されるスクリプトを作成します。 run.sh という名前で新規ファイルを作成し、次の内容を記入してください。

. /vol0004/apps/oss/spack-v0.17.0/share/spack/setup-env.sh

spack load 'openfoam@2012%fj@4.8.0'

ideasUnvToFoam pipe.unv

このスクリプトでは、Ideas universal形式のメッシュファイルを OpenFOAM形式へと変換します。

正常に終了すると constant/polyMesh ディレクトリに次のファイルが生成されます。

boundary
owner
faces
neighbor
points

最後に、コンポーネントのプロパティ画面を開いて、以下の4項目を設定してください。

script: run.sh
host: fugaku
use job scheduler: 有効
output files: constant

solveコンポーネントの設定

最初に、解析に使用するケースファイルおよび流速の初期条件ファイルを solve コンポーネントに配置します。 solve コンポーネントの Files エリアを開き、事前にダウンロードした以下のファイルをアップロードしてください。

ケースファイル(D50-d10.tgz)
流速の初期条件ファイル(U)

次に、スクリプトファイルを作成します。 run.sh という名前で新規ファイルを作成し、次の内容を記入してください。

. /vol0004/apps/oss/spack-v0.17.0/share/spack/setup-env.sh

spack load 'openfoam@2012%fj@4.8.0'

tar xvzf D50-d10.tgz
mv ./U ./D50-d10/0
cd ./D50-d10

decomposePar || exit $?
mpiexec -n 12 simpleFoam -parallel || exit $?
reconstructPar || exit $?
touch result.foam

cd ..
tar cvzf D50-d10.tar.gz D50-d10

最後に、コンポーネントのプロパティ画面を開いて、以下の3項目を設定してください。

script: run.sh
host: fugaku
use job scheduler: 有効

PSコンポーネントの設定

PSコンポーネントでは、inletの流速を変化させるための設定を行います。

計算結果の格納フォルダの準備

計算結果を格納するためのフォルダを準備します。PSコンポーネントをクリックし、output files に results を追加してください。

パラメータスタディの条件設定

パラメータスタディの条件は parameterSetting.json で行います。 Files エリア内のある parameterSetting.json ファイルを選択した状態でテキストエディタを開いてPS設定モードにします。

流速を変更するため、solve コンポーネント内の流速初期条件ファイル U を編集します。まず、 add new target file ボタンをクリックします。以下の画面が表示されるので、 solve を選択し、テキストボックスに U と入力して、OK ボタンをクリックします。

左ペインに U ファイルが開かれるので、 boundaryField -> inlet -> value の行にある、 uniform (5 0 0); のうち 5 を vel_U に変更します。

uniform (vel_U 0 0); のうち vel_U の部分をドラッグして選択してください。右ペインの parameters テキストボックスに vel_U と表示されます。

この状態で、 add new parameter ボタンをクリックしてinletの流速に設定する値を入力します。
ここでは、5m/sから7m/sまで1m/s刻みでパラメータスタディを行なうので min=5, max=7, step=1 を設定してください。

以上の設定で、5m/s、6m/s、7m/sの流速条件ファイルが自動生成され、各条件で解析が実行されます。

計算結果の回収

各条件で計算された結果を output files に設定した results フォルダに集約するための設定を追加します。 add new gather setting ボタンをクリックしてgather設定ダイアログを表示します。 solve を選択し、 srcName に D50-d10.tar.gz、dstName に results/{{ vel_U }}/D50-d10.tar.gz と入力してください。

以上で、PS設定ファイルの編集は完了です。画面右上の save all files ボタンをクリックして編集内容を保存してください。

extractコンポーネントの設定

extract コンポーネントのスクリプトファイルを作成します。 extract コンポーネントに run.sh という名前で新規ファイルを作成し、次の内容を記入してください。

for i in results/*
  do
    pushd $i
    tar xfz  D50-d10.tar.gz
    popd
  enddo

このスクリプトは、 solve コンポーネントの出力結果を順に展開し、 ParaViewを起動する準備をします。

最後にコンポーネントのプロパティを開いて、scriptに run.sh を設定してください。

ファイル依存関係の設定

コンポーネント間の入出力設定を行います。 convert のoutput filesに設定した constatnt の▶をPSコンポーネントにドロップして接続してください。

また、PSコンポーネントのoutputFileに設定した results の▶を extract コンポーネントにドロップして接続してください。

以上でワークフローの作成は完了です。save project ボタンをクリックして作成したプロジェクトをsaveします。

3. プロジェクトの実行

run project ボタンをクリックして、プロジェクトを実行してください。初めに、富岳へのログインに必要な秘密鍵のパスワードを聞かれますが、それ以降はワークフローの終了まで操作は不要です。

4. 解析結果の確認

解析結果の確認を行います。

計算結果ファイルのパスを取得するため、 extract コンポーネントのプロパティ画面を開いてFilesエリアを表示し resultsディレクトリ -> 流入速度のディレクトリと辿ります。その下に result.foam ファイルが表示されるので、これをクリックして選択し share file ボタンをクリックしてください。