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pyFluent|一点使用体验

内容纲要

PyFluent是Fluent 2022R2版本推出的新玩意儿。最近体验了一波,感觉这货很有耍头。

Fluent提供了很多种不同的控制方式,不过最常见的无异于GUI和TUI两种。GUI适合于新手操作及单case使用,TUI适合参数化及批量计算。按理说应当能够满足需求了。不过Fluent推出的PyFluent还是有很多TUI无法提供的特性。

首先PyFluent使用的脚本语言是Python,且可以通过远程访问的方式连接Fluent内核并对其进行操控,通过采用这种CS结构访问Fluent,事实上已经将脚本编写与Fluent独立开来,灵活性上要远胜TUI,更不要说GUI了。

另外,Fluent TUI虽然写的也是脚本,不过并不具备完善的程序结构(比如常见的逻辑分支、循环等),当然TUI可以借用Scheme脚本来实现逻辑分支与循环处理,但无疑会使得脚本变得更加复杂及难懂。利用PyFluent就完全不用考虑这个问题了,其使用完整的Python作为程序控制语言,而Python是完善的计算机语言,其表达能力远胜TUI。

Python目前是最为火热的计算机语言,其拥有大量的可供利用的功能包和模块,能够实现非常复杂的科学计算功能(如常用的numPy、scipy、sympy等),PyFluent既然基于Python,自然也是可以使用这些模块的。比如当前比较火热的人工智能机器学习什么的,也可以混着Fluent一起用了。看起来能耍的地方还挺多。当然最实用的还是利用PyFluent进行仿真参数化计算,简单方便且无需借助外部工具。

另外,PyFluent完全兼容TUI,因此如果对TUI比较熟悉的话,其实很容易将其转换为PyFluent代码,只要稍微有点儿Python基础,PyFluent的学习成本几乎为零。

下面是PyFluent文档中的一些描述。

1 PyFluent是什么

PyFluent是PyAnsys(文档地址:https://docs.pyansys.com/)生态系统的一部分,其允许用户在Python环境中与其他PyAnsys库和其他外部Python库一起操纵使用Fluent。

PyFluent实现了一个客户端-服务器(Client-Server)架构。PyFluent利用Google Remote Procedure Call或GRPC接口将正在运行的Fluent进程作为服务器启动或连接,用户只需要通过Python接口与之交互。

用户可以使用PyFluent以编程的方式创建、交互和控制Fluent会话,以创建和定制工作区。此外还可以利用PyFluent通过高度可配置的定制脚本来提高工作效率。

PyFluent的主要模块ansys-fluent-core提供以下功能:

  • 能够以串行或并行方式启动Fluent求解器,并使用launching Fluent模块连接到已运行的Fluent会话
  • 能够编写Fluent Meshing功能脚本
  • 能够使用Fluent的所有TUI命令编写脚本
  • 能够异步运行多个Fluent会话
  • 能够使用标准Python库(如matplotlib)以numpy arryas的形式检索Fluent的物理场数据,以实现自定义后处理
  • 能够在Fluent的求解器事件上注册回调函数,例如可以在读取case或data文件时,或者Fluent求解器完成迭代时实现一些特殊的功能
  • 能够使用MonitorsManager模块检索求解器监视器,例如残差

2 PyFluent与TUI

TUI命令指的是Fluent文本用户界面(Text User Interface, TUI)。PyFluent TUI命令代表了一种全面自动化工作流的方法:Fluent TUI(其本身是一个全面的自动化界面)中的所有内容都在PyFluent中公开。PyFluent TUI命令是Fluent控制台中使用的那些命令的Pythonic版本。

PyFluent TUI命令不支持一些TUI功能,如别名或命令缩写。此时的选择是如果安装了诸如pyreadline3之类的工具,在交互式会话中使用这些PyFluent命令会更容易,该工具提供了命令行智能补全和历史记录。用户可以在任何PyFluent TUI对象上使用Python内置函数、help和dir来进一步检查它。

TUI命令的参数只是那些在与Fluent控制台直接交互时传递的参数,但PyFluent采用Pythonic风格。用户可以很容易地将TUI命令转换为PyFluent代码。例如在Solution模式中,下面的TUI命令可以用来设置速度入口边界:

/define/boundary_conditions/set/velocity-inlet

上述命令的调用会在控制台中引发一系列输入提示,如果用户依次响应每个提示:

velocity-inlet-5
()
temperature
no
293.15
quit

其效果与直接在TUI命令中指定参数的方式相同:

/define/boundary-conditions/set/velocity-inlet velocity-inlet-5 () temperature no 293.15 quit

交互式TUI是构建包含完整参数序列的TUI调用的可靠方法。有了完整的TUI,下一步是将其转换为Python调用:

from ansys.fluent.core import launch_fluent
solver_session = launch_fluent()
tui = solver_session.solver.tui
tui.define.boundary_conditions.set.velocity_inlet(
"velocity-inlet-5", [], "temperature", "no", 293.15, "quit"
)

现在来看另一个TUI命令:

/define/units pressure "Pa"

可以将其改成python代码:

tui.define.units("pressure",'"Pa"')

其中字符串"Pa"被包裹在单引号中,以保留TUI参数周围的双引号。

注意上述示例中隐含的以下规则:

  • TUI路径中元素之间的每个斜杠分隔符转换为Python点符号
  • 路径元素中的某些字符要么被删除,要么被替换,因为它们在Python名称中是非法的:
    • 路径元素中的每个连字符都转换为下划线
    • 路径元素中的每个问号都将被删除
  • 关于字符串的一些规则:
    • 必须在Python中引用字符串类型参数
    • 注意需要引用目标Fluent TUI参数的特殊情况(例如上面的“Pa”)。必须通过在附加的单引号中包裹Python字符串来保留该引号
    • 保留字符串参数的内容

(完毕)

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道

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文章名称:《pyFluent|一点使用体验》
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