Tosca Fluid ist ein Softwaresystem zur effizienten Topo­lo­gie­­optimierung von geführten Strö­mungen. In einem vorgegebenen Bauraum wird ein opti­mier­tes Design für ein durchströmtes Bauteil von Tosca Fluid automatisch ermittelt. Mit nur einem einzigen Lauf auf Basis eines Standard-CFD-Solvers (STAR-CCM + und ANSYS Fluent) wird eine Kanalform berechnet, für die u.a. Druck­verlust verringert oder Strömungsprofile homogenisiert werden. Dies er­mög­licht erstmalig eine wirtschaftliche Topologieoptimierung selbst für großangelegte Ka­nal­strö­mungs­anwendungen. Tosca Fluid unterstützt entsprechend der Möglichkeiten der Solver diese Features.

Die Durchführung der Optimierung erfolgt durch einen gekoppelten Simulationslauf, bei dem Tosca Fluid und der Strömungslöser pro Iteration einmal aufgerufen werden. Das erhaltene Design weist in aller Regel ein deutlich verbessertes Druckverlustverhalten auf. Tosca Fluid ist das bisher einzige auf dem Markt verfügbare Softwaresystem zur Topologieoptimierung von geführten Strömungen.

Eine ausführliche Beschreibung der Modellierungsfähigkeiten und eine Anzahl von Tutorialbeispielen kann man in der Dokumentation finden (siehe Dokumentation und Beispiele).

Anwendung

• Nutzung bestehender Simulationstechnologie und -modelle
• Effizienzsteigerung durch automatisierten Auslegungsprozess und umfangreiche Pro­zess­integration
• Kürzere Entwicklungszeiten durch sehr frühen Einsatz der Optimierung
• Entwicklung innnovativer Strömungskanäle

Produktbroschüre zu SIMULIA Tosca Fluid (pdf)

Benutzung auf dem Clustersystem

Die derzeit auf de Clustersystem installierte Tosca Fluid Version ist:

• Tosca Fluid 2.4.1

Nutzungsformen

Das Optimierungssystem Tosca Fluid besteht aus mehreren Modulen. Die Software steuert den integrierten Betrieb des CFD-Solver und der Tosca Fluid Module Tosca Fluid.pre, Tosca Fluid.server, Tosca Fluid.client und Tosca Fluid.post.

Vor dem Start der Optimierung durch Tosca Fluid, wird das Modell mit dem CFD-Solver aufbereitet und analysiert.

Im Allgemeinen kann Tosca Fluid auf verschiedene Art und Weise verwendet werden: interaktiv (Dialogbetrieb) oder im Batch, seriell oder parallel, mit einer grafischen NutzerSchnittstelle (GUI).

Interaktive Nutzung von Tosca Fluid

Die Initialisierung erfolgt in der Module-Technik wie folgt:

module load tosca-fluid

Aufruf der GUI-Version:

tfluid_gui

Tosca Structure im Batchbetrieb

Eine Berechnung mit Tosca Fluid sollte nur für kleine Testfälle oder Beispiele interaktiv auf den Login-Knoten ausgeführt werden. Für größere Fälle ist dagegen die Nutzung auf den Rechen-knoten der BatchServer erforderlich. Diese Rechenknoten sind nicht direkt erreichbar, sondern nur im Batchbetrieb. Hier wird beschrieben, wie das Programm auf den Rechenknoten innerhalb
eines BatchJobs aufgerufen werden kann. Zur Abgabe von BatchJobs steht auf dem Clustersystem das Batchsystem Torque/PBS zur Verfügung.

• Bereiten Sie ein PBSBatchskript vor, das PBSDirektivensund den Aufruf des Tosca Fluid Programms enthält. Am Anfang muss die Umgebung wiederum durch module load tosca-fluid gesetzt werden.
• Schicken Sie von einem der LoginKnoten aus das Batchskript (z.B. namens jobscript) ab

Im Batch erfolgt der Aufruf mit dem Kommando tfluid und muss in ein PBS Batchskript integriert werden. Ein Beispiel für einen Aufruf kann wie folgt aussehen:

tfluid -j <jobname>

Der Ablauf des Optimierungsprozesses ist für alle CFD-Solver gleich, nur die Solver spezifischen Daten sind unterschiedlich.

Aufruf von Tosca-Fluid im Batchbetrieb im seriellen Modus

#!/bin/bash -login
#PBS -N testcase.serial
#PBS -M ich@meine.mail.adresse
#PBS -m ae
#PBS -j oe
#PBS -l nodes=1:ppn=1
#PBS -l mem=4gb
#PBS -l walltime=00:60:00
# Change working directory
cd $PBS_O_WORKDIR
# Load module
module load tosca-fluid
# Start program for serial run
tfluid -j <jobname>

Tosca-Fluid im parallen Modus

Die Optimierung mit Tosca-Fluid ist auch im parallenen Modus möglich. Informationen zum Aufruf im parallen Modus finden Sie im Tosca-Fluid User Manual.

Dokumentation und Beispiele

Die Tosca Fluid Dokumentation findet man auf den LoginKnoten im Verzeichnis:

/sw/aws/eng/SIMULIA/ToscaFluid/2.4.1/docu

Beispieldateien zu den CFD-Solver findet man auf den LoginKnoten im Verzeichnis:

/sw/aws/eng/SIMULIA/ToscaFluid/2.4.1/fluent/examples
/sw/aws/eng/SIMULIA/ToscaFluid/2.4.1/starccmp/examples