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2013年9月27日OpenFOAMワークショップ―OpenFOAMを京で使おう― 「 OpenFOAMのご紹介」今野　雅（オープンCAE学会，株式会社OCAEL)

今野　雅（オープンCAE学会　株式会社OCAEL)

OpenFOAMワークショップ― OpenFOAMを京で使おう ―

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OpenFOAMのご紹介


• 1989年ー2000年：研究室のFORTRANコード時代(GeCo+GUISE)、開発元：英Imperial CollegeのGosman研(Star-CDの開発元)の Henry Weller, Charlie Hill(GUI担当、→Apple→IBM)

• 1993年夏：事故により全コード消失。C++で書き直し(FOAM)

• 1999年ー2004年：商用コード期 (FOAM) Field Operation And Manipulationの略、開発元：∇Nabla(Henry, Hrvoje Jasak, Mattijs Janssensら)、代理店：CAEソリューションズ(フルイドテクノロジー)

• 2004年12月：オープンソース化 (現在のOpenFOAMに名称変更)、開発元：OpenCFD(Henry, Mattijs, Chris Greenshields)

• 2011年8月15日：SGIによる買収、GPL下のソースの管理や配布は、同時に設立されたThe OpenFOAM® Foundationが運用

• 2012年9月12日：ESIによる買収、Foundationによる運用は継続

Open∇FOAMの歴史

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OpenFOAMの特徴

solve(fvm::ddt(T) + fvm::div(phi,T) - fvm::laplacian(DT,T) == fvOptions(T));

GPL Open Source

C++マルチフィジックスポリヘドラル

カスタマイズ可能低コストな超並列計算

境界適合Hexメッシャー

乱流モデル: RAS, LES, DES, …線型ソルバー : AMG, PCG, PBiCG, …離散化スキーム: …

多数のモデル実装済

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@T

@t+r • �T �r • (↵T ) = ST


NIIGATA UNIVERSITY

OpenFOAM!"#!

$%&#! '()*&#! +,-! ./0!

blockMesh! OpenFOAM!

ParaView!

snappyHexMesh! Ensight!

FieldView!

Gmsh!

Netgen!

CAD!

VisIt!

1!2!Gambit!

Salome!

1!2!

3456756!

I/O!

Mesh!

89:;!

+,-!

<=>?!

@ABC,!

OpenFOAM! D4EF+4G! HI!

(引用元: 大嶋拓也 (新潟大学)「イントロダクション: OpenFOAM概要」第一回OpenFOAM講習会)

OpenFOAMの構成

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✓v.1.3　： 2006年3月29日 (OFW1@Croatia)✓v.1.4　： 2007年4月11日 (OFW2@Croatia)✓v.1.5　： 2008年7月28日 (OFW3@Italy、snappyHexMesh導入)✓v.1.6　： 2009年7月28日 (OFW4@Canada)✓v.1.7.0： 2010年6月25日 (OFW5@Sweden：～6/24)✓v.2.0.0： 2011年6月16日 (OFW6@USA：～6/16)

✓v.2.1.0： 2011年12月11日 (SGI買収後の最初のバージョンアップ)✓v.2.1.1： 2012年6月16日 (OFW7@Germany：6/25～)

✓v.2.2.0： 2013年3月6日✓v.2.2.1： 2013年7月11日 (OFW8@Korea, 6/11～14)

OpenFOAMのリリース状況

2011年8月15日 SGIによるOpenCFD買収

2012年9月12日 ESIによるOpenCFD買収

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‣表面フィルムモデル‣定常VoF(ローカル・タイム・ステッピング)

‣ラグラジアンモデル (離散要素モデル、粒子追跡)‣熱物理モデル(形態係数放射、薄板・ポーラスの熱解析)‣化学機能(火災解析用の熱分解モデル、化学反応ソルバ)‣乱流モデル(ダイナミック・ラグラジアンLES)‣ポスト処理(流線等のポスト処理関数)‣実行時制御 (実行時のC++コード実行)‣メッシュ生成(特徴辺)

OpenFOAM 2.0 (2011/6)の新機能

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OpenFOAM 2.2.0 (2013/3) の新機能‣ 境界適合六面体メッシャーの改善(パッチの特徴辺、レイヤー改善)

‣ Vector-Coupled Solver‣ 多相流での熱力学モデル改良

‣ 実行時ポスト処理の機能向上

2.0

2.2Oil

Water

phasefraction

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basic 基礎的なCFDコードincompressible 非圧縮性流れcompressible 圧縮性流れmultiphase 多層流DNS 直接数値シミュレーションcombustion 燃焼heatTransfer 熱輸送electromagnetics 電磁流体stressAnalysis 固体応力解析financial 金融工学lagrangian ラグランジアン粒子追跡discreteMethods Direct Simulation Monte Carlo

12カテゴリ、92個 (Ver.2.2.x)

標準ソルバー

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標準ソルバの解析例(チュートリアル)

MRFSimpleFoam回転攪拌槽の流れ

pisoFoamLESによるバックステップ流れ

出典：「OpenFOAMチュートリアルドキュメント作成プロジェクト‎」

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interDyMFoam撹拌槽内の流れ


移動格子ソルバの解析例(チュートリアル)

スクリューの回転流れ場


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ピストン押し込み流れ翼型の6自由度剛体運動


相変化ソルバの解析例


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interPhaseChangeFoam弾丸周りのキャビテーション

interPhaseChangeDyMFoamプロペラ周りのキャビテーション

速度

相率


界面追跡ソルバの解析例(1.6-ext)


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bubbleInterTrackFoam気泡の変形

interTrackFoam翼近くの自由表面変形問題


大学スパコン、クラウド

OpenFOAMの稼働環境

PC スーパーコンピュータ

T2K

クラスタクラウド大型計算機

理化学研 K

クラスタ

JHPCNプロジェクト(FY2010～2012)

HPCIプロジェクト(FY2012～)

PC

ノートPC

クラウドサービス

FX-10

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OpenFOAMの欠点(使い勝手)‣ 標準のメッシャーであるsnappyHexMeshは格子の連続性が非常に悪い。→ 次期リリースで入る予定のfoamyHexMesh(仮称)で大幅に改善!?

‣ GUIが無い → 商用のGUIツールが登場

‣ デフォルトの推奨設定が無く，安定で高精度な解法の設定が大変

‣ マニュアルが非常に少ない。

‣ ロバストな解法の設定には多くのノウハウが必要

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非公開


OpenFOAMの欠点(計算効率)‣ 並列化通信がOpenMPを用いないピュアMPIであるため，ノード内の通信のコストが高い。→ ハイブリット化の検討が必要?

‣ 行列格納方式がポリヘドラル用のCOOなので，格子が構造格子に近く非対角成分が少ない場合は行列ベクトル積(SpMV)が遅い。 → 他の格納方式とのハイブリッドが有用?

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約20倍高速化!

✓ JHPCNプロジェクト ✓担当：片桐、鴨志田(東大情報基盤センター)

✓ マシン：東大T2K(昨年度)✓ 最適化ケース•2次元キャビティー流れ•格子数：1002～5002


OpenFOAM関連のコミュニティ

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✓設立：2009年11月✓現会長：柴田良一(岐阜工業高等専門学校)✓会員：169 (2013/9/27現在、正138、学生22、賛助8、公益1)✓大会：シンポジウム(12月頃)・ワークショップ(6月頃)開催✓講習会：OpenFOAM, ParaView, SALOME-Meca, Blender等✓マニュアル和訳・製本：OpenFOAM, ParaView, FreeCAD✓フォーラム運営、仮想環境DVD配布、イベント動画配布、勉強会支援

オープンCAE学会概要

会員数の推移

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最近は大会イベントに依存せず順調に増加


‣OpenFOAMの質問・情報交換・初心者の駆け込み寺‣設立：2008年3月20日‣メンバー数：565名(2013/9/27 現在)

0

20

40

60

80

100

120

140

2008/ 4 2009/ 4 2010/ 4 2011/ 4 2012/ 4 2013/4

y = 1.3005x + 13.052

月次投稿数

OpenFOAMフォーラム

月次投稿数：現在100 (1.3件/月=16件/年増加)

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オープンCAE勉強会(毎月開催)

関東(2010年6月～)

関西(2010年12月～)

岐阜(2011年1月～)富山(2012年5月～)

広島(2012年7月～)

勉強会

懇親会

メンバー

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動画閲覧(会員のみ→チップ制で公開予定)

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A Year in the Life of OpenFOAM

Hrvoje JasakWikki Ltd, United Kingdom

FSB, University of Zagreb, Croatia

7th OpenFOAM Workshop, Darmstadt, 25 June [email protected], [email protected]

A Year in the Life of OpenFOAM – p. 1

Dr. Jasak基調講演@OFW7

(引用：Hrvoje Jasak, A Year in the Life of OpenFOAM, 7th OpenFOAM Workshop, Darmstadt, 25 June 2012)

OpenFOAM extendメイン開発者英国 Wikki社代表

クロアチアザグレブ大学教授

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http://www.aij.or.jp/jpn/publish/cfdguide/index.htm



Community Organisation

Workshop, Local Interest Groups, Community Events and Training• Grass-roots organisation efforts have become truly impressive

! OpenFOAM Stammtisch, Germany: South, North, Stammtisch United! Japanese OpenFOAM group! Mid-Atlantic USA OpenFOAM Users Group! Dutch OpenFOAM Day! Brazilian OpenFOAM Users Group! Australian OpenFOAM Users Group

• Local groups organising events, training tutorials and “User Reference” material• Chance to meet colleagues with similar interest locally• Training developers and expert users

! NUMAP-FOAM Summer School in Zagreb: Fifth Edition in 2012! NUMAP-FOAM Brazil in Rio de Janeiro: Prof. Lage and dr. Luiz Silva

A Year in the Life of OpenFOAM – p. 3

(引用：Hrvoje Jasak, A Year in the Life of OpenFOAM, 7th OpenFOAM Workshop, Darmstadt, 25 June 2012)

Dr. Jasak基調講演@OFW7

日本の草の根活動(勉強会や学会)に言及

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今年のOpenFOAM関連の主なイベント• 4/24～26：ESI OpenFOAM User Conference 2013✓開催地：ドイツ・フランクフルト

✓参加人数： 222名

✓発表： Keynote 2件、 Oral 31件

• 6/11～14：8th OpenFOAM Workshop✓開催地：韓国・チェジュ島

✓参加人数：約130名 (前回のドイツでは約400名)

✓発表： Keynote 2件、Oral 72件、Poster 8件、Training 16件(4×4)

• 6/20～21：オープンCAE学会オープンCAEワークショップ2013✓開催地：東京、参宮橋

✓参加人数： 104名

✓発表： Keynote 2件，Oral 18件，Training 3件，パネルディスカッション

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