讨论 Fluent计算效率优于OpenFOAM
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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
