《電子技術應用》
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基于服務架構的OpenFOAM求解客戶端設計
電子技術應用 2023年3期
馬軼聰，牟泓宇，淮曉永
（華北計算機系統(tǒng)工程研究所，北京 100083）
摘要： 針對OpenFOAM解算軟件缺乏GUI功能用戶交互體驗性差問題，研究設計了一個OpenFOAM求解客戶端軟件。設計了基于服務的“云+端”計算架構，設計開發(fā)了一個OpenFOAM求解器服務，GUI客戶端遠程調用訪問求解器服務，并集成可視化服務實現(xiàn)了數(shù)據(jù)可視化分析功能，實現(xiàn)了云端協(xié)同的求解計算功能；研究設計了基于界面模板的動態(tài)GUI界面生成方法，實現(xiàn)了客戶端軟件界面用戶自定義配置功能。該軟件支持基于服務的功能擴展集成，支持用戶界面自定義、求解器用戶設置界面自定義功能，用戶界面友好，可擴展性強。通過實際的算例進行解算，驗證表明了客戶端軟件能夠通過遠程調用云端求解服務、可視化服務實現(xiàn)完整的求解計算流程。
中圖分類號：TP311.5 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.222815
中文引用格式： 馬軼聰，牟泓宇，淮曉永. 基于服務架構的OpenFOAM求解客戶端設計[J]. 電子技術應用，2023，49(3)：124-129.
英文引用格式： Ma Yicong，Mou Hongyu，Huai Xiaoyong. Design of OpenFOAM solver client based on service architecture[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(3)：124-129.
Design of OpenFOAM solver client based on service architecture
Ma Yicong，Mou Hongyu，Huai Xiaoyong
(National Computer System Engineering Research Institute of China， Beijing 100083， China)
Abstract： Aiming at the problem that the OpenFOAM solving software lacks GUI function, the user interaction experience is poor, this paper studies and designs an OpenFOAM solving client software. The paper designs a service-based "cloud + terminal" computing architecture, designs and develops an OpenFOAM solver service, which can be remotely called and accessed by the GUI client, and integrates the visualization service to realize the data visualization analysis function and realize the cloud collaborative solution calculation function. This paper researches and designs a dynamic GUI interface generation method based on interface template, and realizes the user-defined configuration function of the client software interface. The software supports service-based function extension integration,and supports user interface customization and solver user setting interface customization functions. The user interface is friendly and the expansibility is strong. Through the actual calculation example, the verification shows that the client software can realize the complete solution calculation process by calling the cloud solution service and visualization service remotely.
Key words : flow field solution；service architecture；OpenFOAM；GUI

0　引言

計算流體動力學（Computational Fluid Dynamics，CFD）是通過計算機數(shù)值模擬計算和圖像顯示，對包含有流體流動及熱傳導等相關物理現(xiàn)象的系統(tǒng)進行分析的一門學科[1]，在工業(yè)設計中起到了重要的作用。經過幾十年的長足發(fā)展，已有多款CFD商業(yè)軟件（Fluent、CFX、STAR-CD/CCM+等）被應用于科研及實際生產中。由于商業(yè)軟件在使用上有較高專業(yè)性要求且費用高昂，OpenFOAM作為一款開源免費的解算工具庫被越來越多的科研人員所使用[2]。OpenFOAM軟件配置過程靈活，可以通過自定義編程進行使用，但由于OpenFOAM僅支持通過命令行形式進行調用、無GUI圖形交互[3]的原因，導致軟件的使用效率較低，且新手使用時上手困難。同時，OpenFOAM僅為一些基本物理量提供設置及監(jiān)控，對于其他物理量的監(jiān)控則需要用戶編程進行實現(xiàn)，提高了軟件的使用門檻與操作難度。因此，針對于OpenFOAM的GUI功能開發(fā)也成為了提高軟件使用效率的重要拓展方向之一。

由于解算軟件功能復雜，現(xiàn)有的商業(yè)軟件為滿足大部分業(yè)務使用者的交互需求，開放了更多的參數(shù)設置接口，提高了GUI界面參數(shù)配置流程的復雜性。用戶在進行求解參數(shù)配置時，需要考慮其他參數(shù)對當前工程解算的影響，增大了使用難度。因此，GUI定制化開發(fā)也成為了目前解算軟件致力于解決的問題。除此之外，求解計算主要以網格為計算對象單元，為了獲得更加準確的數(shù)值仿真結果，工程中需要將計算域劃分為非常細小的網格單元，使得計算網格量通?？梢赃_到千萬甚至上億的數(shù)量級。網格數(shù)量越多，計算時對CPU、內存等計算資源的需求也會越高。因此，大型復雜模型的仿真求解需要大量的計算資源進行支撐，提高軟件使用效率。

為了解決OpenFOAM缺少GUI交互功能的問題，本文設計實現(xiàn)了一個OpenFOAM求解客戶端，提供友好的用戶交互界面。為了滿足求解計算中對于大量計算資源的需求，設計了基于服務的“云+端”計算架構[4]，設計開發(fā)了一個OpenFOAM求解器服務，將OpenFOAM求解器進行服務化封裝，部署于云端，通過云端協(xié)同的方式實現(xiàn)遠程云端解算服務調用、可視化服務調用。通過使用云端豐富的計算資源，滿足用戶使用場景需求，提高軟件使用效率。同時，軟件客戶端使用界面模板進行求解設置界面的動態(tài)生成，支持用戶界面自定義配置，滿足了軟件易維護、可拓展的特性。




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作者信息：

馬軼聰，牟泓宇，淮曉永

（華北計算機系統(tǒng)工程研究所，北京 100083）


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