OpenFOAM أم Ansys Fluent: أيهما يناسب فريقك؟

السؤال يُطرح عادة بالمقلوب

السؤال عن الأدق بين OpenFOAM وAnsys Fluent من أكثر الأسئلة تكراراً في CFD. أعمل في الغالب على Ansys وأدرّسه، فقد تتوقع مني أن أجيب Fluent.

البرنامجان يحلّان المعادلات نفسها بعائلة الطرائق نفسها. أعطِ مهندسَين دقيقَين الشبكة نفسها والنماذج نفسها والشروط الحدّية نفسها، وينبغي أن تتقارب النتائج. وحيث تختلف يكون السبب في الإعدادات غالباً. الفرق المهم يكمن في كل ما يحيط بالحلّال، أي كم يستغرق الوصول إلى نتيجة موثوقة، ومن يساعدك حين يقع خلل، وكم يكلفك ذلك مالاً وساعات.

ما المشترك بينهما

المشترك بينهما أكثر مما توحي به النقاشات. كلاهما يعتمد طريقة الحجوم المحدودة على شبكات غير منتظمة. كلاهما يقدم نماذج الاضطراب RANS المعروفة، والطرائق التي تحلّ المقاييس الاضطرابية، ونماذج انتقال الحرارة والجريان متعدد الأطوار والاحتراق. كلاهما يعمل بالتوازي على عناقيد حاسوبية كبيرة، وكلاهما مستخدم في الصناعة وفي الأبحاث المنشورة.

لن يمنعك أي منهما من إنتاج جواب خاطئ. الشبكة الرديئة والشرط الحدّي الخاطئ والحل غير المتقارب تفشل بالطريقة نفسها في الاثنين.

أين يختلفان

• كلفة الترخيص. OpenFOAM مفتوح المصدر ويعمل مجاناً على أي عدد من الأنوية. Fluent تجاري، وترخيصه يتوقف على الإعداد المطلوب، ومنه الحساب المتوازي. لا أذكر هنا سعراً، لأن Ansys تسعّر بعرض خاص. اطلب عرضاً واسأل كيف يتغير السعر مع عدد الأنوية، فهذا الرقم هو الذي يحسم المسألة غالباً في الحسابات المتوازية الكبيرة.
• كلفة الوقت. هنا يصبح الخيار المجاني مكلفاً. يقدم Fluent مسار عمل رسومياً من الهندسة إلى معالجة النتائج، وبناء شبكة موجَّهاً، وإعدادات افتراضية معقولة، ويستطيع مهندس جديد أن يخرج بأول نتيجة في أيام. أما OpenFOAM فيُدار بملفات نصية وسطر الأوامر. يكافئ من يفهم الطرائق العددية ولينكس مسبقاً، ويعاقب التخمين. توقّع طريقاً أطول إلى أول نتيجة موثوقة، وخطّط لذلك.
• الدعم. مع الترخيص التجاري تستطيع فتح طلب دعم وهناك من هو ملزم بالرد. مع OpenFOAM لديك التوثيق والمنتديات ومثابرتك، إلا إذا اشتريت الدعم من إحدى الشركات التي تبيعه.
• الشفافية والتخصيص. شيفرة OpenFOAM المصدرية مفتوحة. تستطيع أن تقرأ ما يفعله النموذج بالضبط وأن تكتب حلّالك أو شرطك الحدّي أو نموذج اضطرابك. في Fluent يكون التوسيع عبر دوال يعرّفها المستخدم داخل حلّال مغلق. في أبحاث النماذج الجديدة هذه ميزة حقيقية لصالح OpenFOAM. وفي المسائل الصناعية المعتادة قلّما تهم.
• الشبكة والتحضير. الأدوات التجارية متقدمة في التعامل مع هندسة CAD غير النظيفة وفي بناء شبكات جيدة للطبقة الحدّية بجهد قليل. أدوات الشبكة في OpenFOAM تعمل وتحتاج إلى عناية أكبر، وكثير من مستخدميه يبنون الشبكة في برنامج منفصل.
• الأتمتة. الحالات النصية سهلة البرمجة وإدارة الإصدارات والتشغيل بالمئات. إذا كنت تخطط لدراسة بارامترية كبيرة أو حلقة أمثَلة، فإن OpenFOAM يلائم ذلك بطبيعته. ويمكن برمجة Fluent أيضاً.
• التوظيف والتسليم. اسأل عما يستخدمه عملاؤك وموظفوك الجدد أصلاً. الحالة التي لا تستطيع تسليمها للمهندس التالي، أو تقديمها بالصيغة التي يطلبها عميلك، لها كلفة لا تظهر في أي عرض سعر.

هل OpenFOAM إذن بدقة Fluent؟

مع الشبكة نفسها والنماذج نفسها والإعدادات نفسها ينبغي أن يتقاربا إلى حد تصبح معه الأخطاء الأخرى هي الغالبة. وحين تُظهر مقارنة منشورة فجوة، فانظر ماذا اختلف غير ذلك، مثل الشبكة أو معالجة الجدار أو مخططات التقطيع أو مستوى التقارب. الإعدادات الافتراضية مختلفة في البرنامجين، واختبار الافتراضي مقابل الافتراضي إنما يختبر الإعدادات الافتراضية.

دقة نتيجتك تأتي من دراسة الشبكة وفحوص التقارب والتحقق بالمقارنة مع البيانات. هذه مسؤوليتك في الأداتين، ولا يتضمنها أي ترخيص.

جدول للقرار

النصيحة التي أقدمها للطلاب

تعلّم واحداً منهما كما ينبغي. تعلّم ما يفعله الحلّال، أي كيف تُقطَّع المعادلات، وما هو الباقي، ولماذا تهم الشبكة، وكيف تتحقق من نتيجة.

هذه المعرفة تنتقل معك، أما مواضع القوائم فتبقى في البرنامج القديم. المهندس الذي يفهم التحقق سيخرج بنتيجة يمكن الدفاع عنها في أي من البرنامجين خلال أسابيع من الانتقال. ومن لا يعرف إلا مواضع الأزرار سيخرج بهراء واثق في الاثنين.

ما أسأله قبل الاختيار

1. كم عملية محاكاة في السنة، وبأي حجم؟
2. من سيشغّلها، وماذا يعرف أصلاً؟
3. من يحتاج إلى استلام العمل أو فحصه أو متابعته؟
4. هل نحتاج إلى تغيير النماذج أم إلى استخدامها فقط؟
5. كم يكلفنا أسبوع من وقت المهندس مقارنة بترخيص؟

أجب عن هذه الأسئلة وسيتضح الاختيار في الغالب. وإذا كان الجواب الصادق عن السؤال الأول «بضع عمليات»، فقد لا تحتاج إلى أي منهما، لأن إسناد دراسة عرضية إلى جهة خارجية أقل كلفة من بناء القدرة داخلياً.