讨论 Fluent计算效率优于OpenFOAM
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本人做凝固模拟研究的，就这么说吧，Fluent算三天的数据，OpenFOAM 2小时搞定了
然而Fluent前后设置开发，一共花了我2星期，而OpenFOAM求解器开发，我连学习带尝试，花了两个多月的时间（本人有C++面向对象开发经验，也曾经纯自编程写过CFD程序）
主要速度提升有以下几个方面：-
求解算法的自由调整。Fluent基本上无脑SIMPLE算法，框架改也不能改，基本上都是：求U方程、压力修正、求解湍流方程、求T方程、求C方程、求解自定义方程，判断连续性误差，收敛进入下一时间步，否则重复上述迭代。相比之下，OpenFOAM可以根据自己的需要加入外迭代、压力修正迭代、适时的湍流修正、一些自定义场之间的内迭代等等，这些求能加快收敛速度，减小计算量
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求解器的选择。FLUENT基本无脑AMG算法；OpenFOAM则可以自己修改不同方程的求解器以及求解器参数的设置
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优秀的CFD算法植入。OpenFOAM中一些非常高效的算法植入要比Fluent快很多。以两相流求解器来说，在很多工程计算中，interFoam要比FLUENT中的VOF模型快好多
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高效并行。这个可能和我用的系统以及FLUENT的版有关。Fluent我一直用的是Windoes平台下盗版软件，并行效率感人，基本上超高12核计算速度就基本不动了；而OpenFOAM，几百万网格并行加速效果还是很明显的
上面是我自己在两个平台下的感觉。基本上做项目，先用Fluent尝试算个结果，这里不得不说一下，Fluent鲁棒性真的好，你瞎搞的算例都能给你算出个东西来。对工艺有了更好的了解之后就转到OpenFOAM开发，根据实际工艺修改求解器、边界条件等参数。
两个平台都用过，两个平台都很菜，还望各位老师多多批评指正
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很难公平对比
Fluent和OpenFOAM计算效率问题，我个人感觉不能一概而论。举一个非常简单的粒子就是：很多SCI说A模型比B模型好的太多，但还是有很多SCI说A模型远远不如A模型。这种SCI都经常出现不同的观点，因此公说公有理这太常见了
我个人，用OpenFOAM算了很多奇葩算例，可玩的太多了。OpenFOAM这面需要你去调试算法、网格，并且会大大影响你的计算效率。很多的过程会影响你的计算过程。比如：
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有时候多重网格求解器1秒就收敛，PCG要迭代1000次可能算10s
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有时候时间步长会特别小导致计算的特别慢，这是要从算法上去解决的，比如链接文本中的公式41和42，两种算法直接导致计算时间的不同
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一些奇葩算例动量预测步骤开启会影响你的计算效率，不如关了。一些算例GAMG糙化可以放得大一点，一些算例没必要进行网格修正，甚至你的写文件是binary还是ascii都会影响你的效率。我还可以告诉你一些高IO的算例，硬盘读写能成为卡你脖子。
这些我不知道Fluent里面能不能处理，如果不能处理，就很难做一个公正的对比。因此对于计算效率对比这种事情。Fluent与OpenFOAM应该是完全不同的东西。并且，Fluent那面好像库郎数运行在100也可以？虽然我现在也不知道Fluent那面怎么实现的。
无脑AMG
我之前问过几个研究生，他那面用Fluent跑皇冠牛奶的算例一直在发散，我问你的库郎数多少？你的压力求解器用的什么？这个研究生告诉我
我也不知道呀，我全都用的默认设置
就像 @史浩 说的：
FLUENT基本无脑AMG算法
Fluent可能默认全部是AMG求解器？不能换一些别的么？我不太清楚为什么？在网格数量少的时候没必要上奔驰AMG啊。奔驰E系列也行啊
在这里拓展一下。这个AMG求解器在一些文章里面，并不会表现的特别明显，比如某SCI：
当然，这只是一种断论，可以选择相信也可以选择不信。就像我之前说的，SCI里面互相抵触的结论太多了。你完全可能在某些SCI里面支持无脑AMG算法
使用感受不同
%(#ff0000)[另外跑个题]，这是另一个研究生给我发的邮件，当时觉得挺有意思，感觉是要入行CFD了
再比如这个帖子 http://www.cfd-china.com/topic/2371/
关于学习fluent,有一些困惑，我自己是从图书馆借了两本fluent入门到精通的书跟着步骤练习，书里只讲每一步设置什么参数，但是我不明白为什么那样设置？我基本上是三周左右把两本书跟着联系完，感觉收获不大。想请教各位应该怎样正确的学习fluent呢？软件操作怎样与相关理论结合呢？
我玩这么多年OpenFOAM大家应该都知道，在这里说一下我的Fluent经历。我在2012年左右，学OpenFOAM学的要放弃了，学习曲线太陡峭，不出成果，打算换Fluent，于是就装了一下，我记得当时用VOF算了气泡，应该是我没怎么学就算出来了。这里没怎么学，是指我只是下了Fluent，我大体就是参考那个研究生一样，全部采用默认设置没参考任何书。所以我认可市面上大家说的“塞一坨屎进去Fluent，都能给你算出来”。
但我后期还是硬着头皮学了OpenFOAM，学习的过程中了解不少CFD算法的东西，对后来上手任何的CFD项目帮助很大。虽然Fluent能把塞进去的屎算成面包，但我想知道他怎么算出来的，Fluent并不能告诉我如何变得魔术。我有很多的算法问题在考虑怎么处理，我当然考虑过参考Fluent怎么实现的，但代码是闭源的永远不知道结果。
But，我还是承认：如果对CFD算法一点都不care，算项目Fluent应该够你的需求。我这面做科研比较多，入坑OpenFOAM。重要的呢，我现在用OpenFOAM完全也可以算Fluent能算的东西
另外现在干什么都是水涨船高，10年前博士就能留校，现在不是博士后不可能。发文章也一样，以后CFD发文章会越来越难，在这种压力下，植入自己的算法会压力小一些
国内Fluent盛行的原因跟版权意识有很大关系。这个早晚会改变 不过，没准人家A厂是故意放任小客户用盗版占领市场呢？毕竟还要跟S厂D厂竞争啊，不过也听说过某同行说自己公司有法务部天天打电话。
具体怎么样，我不确定啊我是瞎说的。现在我说点啥都可能被人要求道歉..
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@Foamer24 效率问题我很感兴趣，写点自己的看法，权当抛砖引玉。我的个人观点是，做CFD最终的目的是要能算东西，所有的算法都是为了能算点什么，但这里有一个先后问题--植入算法的第一步是“能算”，或者说“算对”，第二步才是“怎么算的更快”。
对于“怎么算的更快”，很有可能Fluent在这方面优于OpenFOAM（不考虑并行的时候）。“怎么算的更快”不仅需要CFD，还需要软件工程、数据结构等等元素。Fluent是商业软件，他们的团队很强大，如果它算的更快我不会特别惊讶，尤其是对于成熟的模块（不需要自己加东西，输入参数就开算的东西）。各位有兴趣可以在LinkedIn上查查Fluent的员工，背景都很强而且多样化。他们有专门的软件工程师，做做什么UI和代码方面的优化是很有可能的。但是这个东西肯定跟case有很大关系，差分格式、线性求解器等等当然就影响更大了。网格方面，Fluent很可能处理较差网格的能力更强。这个就更好理解了，它是商软，它最理想的要garbage in-fairly good results out，很有可能它做过什么处理。这方面我碰到过，同样的网格Fluent能给出比较好看的结果，OpenFOAM就不说了- -但是换一套好的网格，两个差别就没有之前那么大。OpenFOAM是绝对的garbage in-garbage out，而且这里的garbage in不光指网格，还包括边界条件、差分格式等等等等，而Fluent基本上别的都不用管，只要网格凑合就行。
但是“怎么算的更快”永远都是第二位的。从这点来讲，OpenFOAM的好处就体现出来了。首先它是开源的，因此我输入了什么、怎么算的我很清楚，所以如果哪里算错了我很容易能找到原因（针对已经成型的模块），这其实对学习CFD是一个很好的过程。长期用Fluent的结果我是知道的，就是你猛然问我你这个问题是封闭的吗，我一下子真不一定答的上来。我对这个solver需要求解几个变量、求解了哪几个方程并不是特别清楚。但是用OpenFOAM不会出现这种问题。典型的例子就是RANS，我在OpenFOAM里面用RANS，我能清楚的看到求解了epsilon方程，求解了k方程等等；但在Fluent里面我如果不去看它的Theory Guide（不是那个User Guide）我是不知道这些方程长啥样的。当然了，不同的人有不同的需求，对于搞科研而言当然是什么东西越清楚越好，对于工程应用而言就不一定。
其次OpenFOAM可以加的东西基本上是没有限制的。这方面其实Fluent最近几年一直在改善，它通过udf可以改的东西越来越多了。但是自己加的东西能满足“算对”就很不错，“算的更快”不那么容易做到，或者说根本没人在乎。
我自己是从Fluent转到OpenFOAM的，Fluent用了将近五年，OpenFOAM到目前为止将近一年半。Fluent实际上是很好的求解器，上手容易，UI也一直在改进，我很推荐刚入门CFD的人先用一下Fluent，至少先熟悉跑一个复杂的case需要什么步骤。在这个基础之上再转OpenFOAM，一是会平滑的多，二是像探索未知世界一样会发现更多好玩的东西。
如果不是做科研，OpenFOAM的优势对比Fluent不明显。我用Fluent是读博的时候和当地一家企业合作，他们每周都要汇报进展，要看到彩图，甚至图都没法满足他们，只有动画才可以（我接手项目不到一个月就被要求整个动网格的结果）- -所以他们选择用Fluent。这一点对于企业其实是很重要的，他们很多时候对几何模型修修补补或者微调一个工况，然后想看看对结果有多少影响。如果每个方案都去做实验，太慢而且贵，所以他们才想到做CFD。假设这时候你一个engineer跟老板说我做这个case要花三个月（学OpenFOAM、画高质量网格），老板宁愿花点钱买Fluent（我们买的academic license，印象中一年3600刀），搞不好顺便也把你解雇了
。另外很有意思的一个点，我以前没做过LES，现在转战OpenFOAM做LES，会发现Fluent的LES很多地方值得商榷，相比之下OpenFOAM的LES更清晰。再有就是，做LES就要用到并行计算，这方面我长期围观cfd-online的感觉是OpenFOAM好像更快一点？因为可以采用更合适的线性求解器。Fluent就不行了，无脑AMG。这个不知道正确与否。
欢迎讨论。
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很开心看到大家这么多的观点，下面也说说我最近的%(#ff0000)[个人]看法
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不管fluent还是OpenFOAM都只是工具，更关键的是所关注的问题及其内在的科学规律、机理。资深级CFDer应该会有判断garbage result的能力，会对结果有个大体的预期，对意想不到的结果也有分析判断的能力，甚至有的可以根据流场看出用什么软件/模型求解的。fluent设计目的是提供一个a black box solver that is robust，OpenFOAM则可以自编代码，处于食物链的上一级，更高一级的就是全部自编的in-house代码了。希望以后可以看到fluent的UDF提供更多像OpenFOAM的可操作空间。
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fluent的非定常计算采用implicit，隐式的求解和时间无关，所以时间步长相比显式要大，不过隐式也存在迭代收敛的问题，这样的问题在OpenFOAM中也会出现，即not converged within 20 iterations。求解方法上用隐式或显式消耗的时间理论上无法比较，工程上一般隐式快一点。在fluent中用隐式进行定常计算，在计算稳定后，设置库郎数100也是可以的，因为定常的最终结果是一定的。但是非定常就不行了，这会牵涉到时间精度的问题。
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作为新手，我学习OpenFOAM的过程是先将OpenFOAM用成fluent，然后再准备修改OpenFOAM得到属于自己的fluent。
不知道这样合不合理，主要是直接看代码，难以短期内有进展，很多情况下要求的是做错了也要有个错的结果。。。 -
回到标题，在计算三维LES时，相同网格在fluent里面计算的时间步长是10^-6，在OpenFOAM中用了runTimeModifiable 和 adjustTimeStep变为了10^-9~10^-8，不用就报错。不知道是不是就是大家所说的AMG求解器的原因。
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@东岳 @wwzhao @cccrrryyy 您好！今天看到cfd-online上的链接：https://www.cfd-online.com/Forums/openfoam-solving/123586-simulations-large-time-steps-high-cfl.html 。里面讨论了 simulations with large time steps (high CFL)，帖子比较老了，说原因是OPENFOAM中没有像fluent那样Pressure-velocity coupling的coupled solver。粗略的看了下文献《A fully coupled OpenFOAM® solver for transient incompressible turbulent flows in ALE formulation》，里面说Implicit + coupling 效率要高。
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@Foamer24 我记得在哪里看到过OpenFOAM的PIMPLE算法原则上是允许大时间步的，它设计这个算法好像就是为了绕过CFL数一定要小于1的情况（印象中是有个最大数字的，好像是<3~5）。回到你前面讲的LES在fluent里面时间步长是10^-6，在OpenFOAM里面就要更小。这一点我有体会，就是感觉OpenFOAM首先是自适应时间步不好用。我现在都用给定的时间步，数值上确实比fluent里面要用的小一点，但不像你在数量级上差这么多，我一般大概用到fluent时间步的八成左右。
我计算的时候会检测最大和平均CFL数，有时候都跳到1点多了，但感觉好像也没啥问题- -我也是LES，然后速度场都用PBiCGStab加DILU，压力用PCG加DIC，不知道你用的是什么，可以分享一下么？你这个时间步我很好奇啊，这么小感觉算起来要等死人的- -
学OpenFOAM光看代码真的不行，随便找个例子做一下学起来更快（比如加个标量方程啊之类的）。当然了，最重要的就是你说的对物理问题的理解。我还想加上一点，就是对数值算法的理解。我学什么numerical diffusion, dispersion这种就感觉学的艰难，甚至到现在都不敢说完全懂。
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@wwzhao @cccrrryyy 您好！我还处于入门阶段，一边用OpenFOAM，一边学OpenFOAMwiki上的3weeks 和编程查询，我的fvSchemes和fvSolution文件如下，目前调试经验是在fvSchemes中设置fluxScheme Tadmor;算得比设置Kurganov;要快。我后面再试下各位的设置，再过来交流。
/*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\ ========= | \\ / F ield | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox \\ / O peration | Website: https://openfoam.org \\ / A nd | Version: 6 \\/ M anipulation | \*---------------------------------------------------------------------------*/ FoamFile { version 2.0; format ascii; class dictionary; location "system"; object fvSchemes; } // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * // fluxScheme Tadmor;// Kurganov; ddtSchemes { default Euler; } gradSchemes { grad(U) cellLimited Gauss linear 1; grad(nuTilda) cellLimited Gauss linear 1; grad(e) cellLimited Gauss linear 1; } divSchemes { default none; div(tauMC) Gauss linear; div(phi,nuTilda) Gauss linearUpwind limited; } laplacianSchemes { default Gauss linear corrected; } interpolationSchemes { default linear; } snGradSchemes { default corrected; } wallDist { method meshWave; } // ************************************************************************* ///*--------------------------------*- C++ -*----------------------------------*\ ========= | \\ / F ield | OpenFOAM: The Open Source CFD Toolbox \\ / O peration | Website: https://openfoam.org \\ / A nd | Version: 6 \\/ M anipulation | \*---------------------------------------------------------------------------*/ FoamFile { version 2.0; format ascii; class dictionary; location "system"; object fvSolution; } // * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * // solvers { p { solver GAMG; tolerance 1e-7; relTol 0.01; smoother GaussSeidel; cacheAgglomeration off; nCellsInCoarsestLevel 20; agglomerator faceAreaPair; mergeLevels 1; } Phi { $p; } pFinal { $p; tolerance 1e-06; relTol 0; } "(k|omega|epsilon|nuTilda|U|R|v2|f|kt|kl|e)" { solver smoothSolver; smoother GaussSeidel; nSweeps 1; tolerance 1e-20; relTol 0.01; } "(rho|rhoU|rhoE)" { solver diagonal; } } // ************************************************************************* // -
@Foamer24 感谢分享！我没用过fluxScheme，所以这里什么比较好不太清楚。时间步我一般刚开始都是1e-06，之后根据最大CFL数再去调。我个人的感觉是如果需要调到5e-07以下我就会比较注意了，这种量级感觉算的相当慢了。我的网格有内流和外流两部分，内流的话边界层在0.1mm上下，和你差不多。这个就用雷诺数估算了一下。外流（射流）的话就没care边界层了。
我觉得时间步的绝对大小参考意义比较小，毕竟也看你的硬件好坏。可能单个时间步需要的时间（我的大概在一分多钟）和总时间步数（我的大概50，000左右）比较有比较价值。另外，我的ddtScheme一般用backward，因为是二阶的。对流项我也一般不用迎风格式，迎风格式对LES好像不太好。线性求解器里面我的压力方程一直是用PCG在解，没用GAMG。这个点其实我很关心，就是PCG和GAMG到底孰优孰劣，希望有经验的来探讨下！
你这个同样的网格用Fluent只需要1e-06这种量级的时间步吗？这个感觉不科学啊，同样的网格怎么会差这么多呢。
算的确实慢，难以接受
谢谢，库郎数中的速度指的是特征速度，就用了远场速度，不过用您说的最大速度来预估更合理。还看到东岳老师分享的链接，介绍三维非结构网格的