OpenFOAM o Ansys Fluent: quale scegliere per il tuo team?

La domanda di solito è posta al contrario

Quale sia più accurato tra OpenFOAM e Ansys Fluent è una delle domande più frequenti nella CFD. Lavoro soprattutto con Ansys e lo insegno, quindi ci si potrebbe aspettare che io risponda Fluent.

I due codici risolvono le stesse equazioni con la stessa famiglia di metodi. Dai a due ingegneri accurati la stessa mesh, gli stessi modelli e le stesse condizioni al contorno, e i risultati dovrebbero essere vicini. Dove si discostano, la causa si trova di solito nelle impostazioni. La differenza che conta sta in tutto ciò che circonda il solutore, cioè quanto tempo serve per un risultato affidabile, chi aiuta quando qualcosa va storto e quanto costa in denaro e in ore.

Che cosa hanno in comune

Hanno in comune più di quanto le discussioni facciano pensare. Entrambi sono codici ai volumi finiti su mesh non strutturate. Entrambi offrono i modelli di turbolenza RANS standard, metodi che risolvono le scale turbolente, scambio termico, multifase e combustione. Entrambi girano in parallelo su grandi cluster, ed entrambi sono usati nell’industria e nella ricerca pubblicata.

Nessuno dei due ti impedirà di produrre una risposta sbagliata. Una mesh scadente, una condizione al contorno errata o una soluzione non a convergenza falliscono allo stesso modo in entrambi.

Dove differiscono

• Costo della licenza. OpenFOAM è open source e gira gratis su tutti i core che hai. Fluent è commerciale, e la licenza dipende dalla configurazione, calcolo parallelo compreso. Qui non cito prezzi, perché Ansys lavora su preventivo. Chiedine uno, e chiedi come cambia il prezzo con il numero di core, perché per i grandi calcoli paralleli è spesso quel numero a decidere.
• Costo del tempo. È qui che l’opzione gratuita diventa cara. Fluent ha un flusso di lavoro grafico dalla geometria al post-processing, una generazione di mesh guidata e impostazioni predefinite sensate, e un ingegnere nuovo può produrre un primo risultato in pochi giorni. OpenFOAM si governa con file di testo e riga di comando. Premia chi conosce già i metodi numerici e Linux, e punisce chi tira a indovinare. Metti in conto una strada più lunga verso il primo risultato affidabile, e pianificala.
• Supporto. Con una licenza commerciale puoi aprire un ticket e qualcuno è tenuto a rispondere. Con OpenFOAM hai la documentazione, i forum e la tua perseveranza, a meno che tu non acquisti supporto da una delle aziende che lo vendono.
• Trasparenza e personalizzazione. Il codice sorgente di OpenFOAM è aperto. Puoi leggere esattamente che cosa fa un modello e scrivere il tuo solutore, la tua condizione al contorno o il tuo modello di turbolenza. In Fluent si estende tramite funzioni definite dall’utente dentro un solutore chiuso. Per la ricerca su nuovi modelli è un vantaggio reale di OpenFOAM. Per i problemi industriali standard conta di rado.
• Mesh e preparazione. Gli strumenti commerciali sono avanti nel trattare CAD sporchi e nel costruire buone mesh di strato limite con poco sforzo. Gli strumenti di mesh di OpenFOAM funzionano e richiedono più cura, e molti utenti OpenFOAM fanno la mesh in un programma separato.
• Automazione. I casi basati su file di testo sono facili da gestire con script, da versionare e da lanciare a centinaia. Se prevedi un grande studio parametrico o un ciclo di ottimizzazione, OpenFOAM si presta in modo naturale. Anche Fluent si può gestire con script.
• Assunzioni e passaggio di consegne. Chiedi che cosa usano già i tuoi clienti e i tuoi nuovi assunti. Un caso che non puoi passare al prossimo ingegnere, o consegnare nel formato richiesto dal cliente, ha un costo che non compare in nessun preventivo.

Quindi OpenFOAM è accurato quanto Fluent?

A parità di mesh, modelli e impostazioni, i due dovrebbero concordare abbastanza da lasciare che dominino altri errori. Quando un confronto pubblicato mostra uno scarto, guarda che cos’altro era diverso, come la mesh, il trattamento di parete, gli schemi di discretizzazione o il livello di convergenza. Le impostazioni predefinite sono diverse nei due codici, e un test predefinito contro predefinito mette alla prova le impostazioni predefinite.

L’accuratezza del tuo risultato viene dal tuo studio di mesh, dai tuoi controlli di convergenza e dalla tua validazione. Sono una tua responsabilità in entrambi gli strumenti, e nessuna licenza li include.

Una tabella per decidere

Il consiglio che do agli studenti

Imparane uno per bene. Impara che cosa fa il solutore, cioè come vengono discretizzate le equazioni, che cos’è un residuo, perché la mesh conta e come verificare un risultato.

Quella conoscenza ti segue, mentre la posizione dei menu resta nel vecchio programma. Un ingegnere che capisce la verifica produrrà un risultato difendibile in entrambi i codici entro poche settimane dal passaggio. Chi sa solo dove sono i pulsanti produrrà sciocchezze piene di sicurezza in entrambi.

Che cosa chiederei prima di scegliere

1. Quante simulazioni all’anno, e quanto grandi?
2. Chi le eseguirà, e che cosa sa già?
3. Chi deve ricevere, verificare o proseguire il lavoro?
4. Dobbiamo modificare i modelli o solo usarli?
5. Quanto ci costa una settimana di un ingegnere rispetto a una licenza?

Rispondi a queste domande e la scelta di solito si fa da sola. Se la risposta onesta alla prima è «poche», potresti non aver bisogno di nessuno dei due, perché per uno studio occasionale affidare il lavoro all’esterno costa meno che costruire la competenza.