OpenFOAM oder Ansys Fluent: Was passt zu Ihrem Team?

Die Frage wird meist falsch herum gestellt

Ob OpenFOAM oder Ansys Fluent genauer ist, gehört zu den häufigsten Fragen in der CFD. Ich arbeite überwiegend mit Ansys und unterrichte es, deshalb könnte man von mir die Antwort Fluent erwarten.

Beide Codes lösen dieselben Gleichungen mit derselben Familie von Verfahren. Geben Sie zwei sorgfältigen Ingenieuren dasselbe Netz, dieselben Modelle und dieselben Randbedingungen, und die Ergebnisse sollten nah beieinander liegen. Wo sie abweichen, findet sich die Ursache meist in den Einstellungen. Der Unterschied, auf den es ankommt, liegt in allem rund um den Solver, also darin, wie lange es bis zu einem vertrauenswürdigen Ergebnis dauert, wer hilft, wenn etwas schiefgeht, und was es an Geld und Stunden kostet.

Was sie gemeinsam haben

Sie haben mehr gemeinsam, als die Debatten vermuten lassen. Beide sind Finite-Volumen-Codes auf unstrukturierten Netzen. Beide bieten die gängigen RANS-Turbulenzmodelle, skalenauflösende Verfahren, Wärmeübertragung, Mehrphasen- und Verbrennungsmodelle. Beide rechnen parallel auf großen Clustern, und beide werden in der Industrie und in veröffentlichter Forschung eingesetzt.

Keiner von beiden hindert Sie daran, ein falsches Ergebnis zu erzeugen. Ein schlechtes Netz, eine falsche Randbedingung oder eine nicht konvergierte Lösung scheitern in beiden auf dieselbe Weise.

Worin sie sich unterscheiden

• Lizenzkosten. OpenFOAM ist Open Source und läuft kostenlos auf so vielen Kernen, wie Sie haben. Fluent ist kommerziell, und die Lizenzierung hängt von der Konfiguration ab, paralleles Rechnen eingeschlossen. Einen Preis nenne ich hier nicht, weil Ansys auf Angebotsbasis kalkuliert. Holen Sie ein Angebot ein und fragen Sie, wie sich der Preis mit der Kernzahl ändert, denn bei großen parallelen Rechnungen entscheidet oft genau diese Zahl.
• Zeitkosten. Hier wird die kostenlose Option teuer. Fluent bietet einen grafischen Arbeitsablauf von der Geometrie bis zur Auswertung, geführte Vernetzung und sinnvolle Voreinstellungen, und ein neuer Ingenieur kann in wenigen Tagen ein erstes Ergebnis liefern. OpenFOAM wird über Textdateien und die Kommandozeile gesteuert. Es belohnt Menschen, die numerische Verfahren und Linux bereits verstehen, und bestraft Raten. Rechnen Sie mit einem längeren Weg zum ersten vertrauenswürdigen Ergebnis und planen Sie ihn ein.
• Support. Mit einer kommerziellen Lizenz können Sie ein Ticket eröffnen, und jemand ist verpflichtet zu antworten. Bei OpenFOAM haben Sie Dokumentation, Foren und Ihre eigene Ausdauer, sofern Sie nicht Support bei einem der Anbieter einkaufen.
• Transparenz und Anpassung. Der Quellcode von OpenFOAM ist offen. Sie können genau nachlesen, was ein Modell tut, und einen eigenen Solver, eine Randbedingung oder ein Turbulenzmodell schreiben. In Fluent erweitern Sie über benutzerdefinierte Funktionen innerhalb eines geschlossenen Solvers. Für die Forschung an neuen Modellen ist das ein echter Vorteil von OpenFOAM. Für industrielle Standardaufgaben spielt es selten eine Rolle.
• Vernetzung und Vorbereitung. Die kommerziellen Werkzeuge liegen vorn, wenn es um unsaubere CAD-Daten und gute Grenzschichtnetze mit wenig Aufwand geht. Die Vernetzungswerkzeuge von OpenFOAM funktionieren und verlangen mehr Sorgfalt, und viele OpenFOAM-Anwender vernetzen in einem separaten Programm.
• Automatisierung. Textbasierte Fälle lassen sich leicht skripten, versionieren und zu Hunderten starten. Wenn Sie eine große Parameterstudie oder eine Optimierungsschleife planen, passt OpenFOAM ganz natürlich. Fluent lässt sich ebenfalls skripten.
• Einstellung und Übergabe. Fragen Sie, was Ihre Kunden und Ihre neuen Mitarbeiter bereits verwenden. Ein Fall, den Sie nicht an den nächsten Ingenieur übergeben oder nicht im vom Kunden geforderten Format liefern können, hat Kosten, die in keinem Angebot stehen.

Ist OpenFOAM also so genau wie Fluent?

Bei gleichem Netz, gleichen Modellen und gleichen Einstellungen sollten beide so nah beieinander liegen, dass andere Fehler überwiegen. Zeigt ein veröffentlichter Vergleich eine Lücke, sehen Sie nach, was sich sonst unterschied, etwa das Netz, die Wandbehandlung, die Diskretisierungsschemata oder das Konvergenzniveau. Die Voreinstellungen der beiden Codes sind verschieden, und ein Test Voreinstellung gegen Voreinstellung prüft die Voreinstellungen.

Die Genauigkeit Ihres Ergebnisses entsteht durch Ihre Netzstudie, Ihre Konvergenzprüfungen und Ihre Validierung. In beiden Werkzeugen liegt das in Ihrer Verantwortung, und keine Lizenz enthält es.

Eine Entscheidungstabelle

Der Rat, den ich Studierenden gebe

Lernen Sie eines richtig. Lernen Sie, was der Solver tut, also wie die Gleichungen diskretisiert werden, was ein Residuum ist, warum das Netz wichtig ist und wie man ein Ergebnis prüft.

Dieses Wissen nehmen Sie mit, während die Menüpositionen im alten Programm bleiben. Ein Ingenieur, der Verifikation versteht, liefert wenige Wochen nach dem Wechsel in beiden Codes ein vertretbares Ergebnis. Wer nur weiß, wo die Schaltflächen sind, erzeugt in beiden selbstsicheren Unsinn.

Was ich vor der Wahl fragen würde

1. Wie viele Simulationen pro Jahr, und wie groß?
2. Wer führt sie durch, und was können diese Personen bereits?
3. Wer muss die Arbeit erhalten, prüfen oder fortführen?
4. Müssen wir die Modelle verändern oder nur anwenden?
5. Was kostet uns eine Ingenieurwoche im Vergleich zu einer Lizenz?

Beantworten Sie diese Fragen, und die Wahl ergibt sich meist von selbst. Lautet die ehrliche Antwort auf die erste Frage „ein paar“, brauchen Sie womöglich keines von beiden, denn für eine gelegentliche Studie kostet die Vergabe nach außen weniger als der Aufbau eigener Kompetenz.