以一个简单案例描述PhengLEI的使用流程。

本案例模型及参数均为PHengLEI自带，且参数设置过程为《风雷软件应用与开发指南》中所描述。PHengLEI拥有比较齐全的文档描述，其包含一个344页的说明文档，涵盖了求解器应用中的参数设置说明以及代码开发指南。

1 准备工程

• 将PHengLEI项目路径下的examples文件夹中的bin及grid文件夹以及编译完成的PHengLEI可执行文件拷贝到工程文件夹

为方便后面程序调用，将PHengLEIv3d0.exe改名为PHengLEI.exe。

• 清空grid文件夹中的内容，将网格文件拷贝到grid文件夹中。

PHengLEI支持cgns格式的网格文件，也支持Fluent的cas文件（ASCII格式保存）。另外也支持一些小众网格文件格式（如Plot3D的grd、FieldView的uns等），不过很多主流网格生成软件支持cgns格式。个人觉得如果能支持Fluent的msh格式（包括新版本的h5）格式会更好一些，这样就省的去转换了。

此时文件夹组织形式如下图所示。

其中bin文件夹中放置计算参数配置文件，grid文件夹中放置网格相关文件。进行计算后还会产生一个名为result的文件夹，其中放置结果数据文件。可执行文件PHengLEI.exe放在这些文件夹的外部。

2 前处理

30P30N结构网格如图4-2所示，计算域为x方向20倍弦长、y方向20倍弦长。网格单元总数为133568，壁面第一层网格约为1.0E-05m。

2.1 网格转换

在进行计算之前，PHengLEI需要对网格进行转换，将网格类型转换成fts格式的文件。同时还需要对网格进行分区。

这里比较困惑的地方在于，为啥非要将其他网格类型转换成fts格式的文件，不能直接将网格数据读入内存中么？

”

PHengLEI的所有配置文件都放置在bin文件夹中。其中key.hypara文件是主控文件，需要先修改此文件内容。

默认的key.hypara文件内容如下所示。

string title = "PHengLEI Main Parameter Control File";
// IMPORTANT NOTICE: DON NOT MODIFY THE FOWLLOWING LINE.
string defaultParaFile = "./bin/cfd_para.hypara";

// ndim: Dimensional of the grid, 2 or 3.
// nparafile: the number of parameter files.
// nsimutask: simulation task type.
//            0 -- CFD Solver of NS or Turbulation.
//            1 -- Grid generation: for special typical cases, such as cylinder, flat plate, etc.
//                 Grid conversion: from other format to PHengLEI format (.fts).
//                 Grid reconstruction: such as grid adaptation.
//                 Grid merging: merge two blocks into one block.
//                 Grid repairing: repair the original grid in order to remove the negative volume cells.
//            2 -- Wall distance computation for turb-solver.
//            3 -- Grid partition.
int ndim      = 2;
int nparafile = 1;
//int    nsimutask    = 0;
//string parafilename = "./bin/cfd_para_subsonic.hypara";
//string parafilename = "./bin/cfd_para_transonic.hypara";
//string parafilename = "./bin/cfd_para_supersonic.hypara";
//string parafilename = "./bin/cfd_para_hypersonic.hypara";
//string parafilename = "./bin/cfd_para_incompressible.hypara";
int    nsimutask    = 1;
string parafilename = "./bin/grid_para.hypara";
//int    nsimutask    = 2;
//string parafilename = "./bin/cfd_para.hypara";
//int    nsimutask    = 3;
//string parafilename = "./bin/partition.hypara";
//int    nsimutask    = 1;
//string parafilename = "./bin/grid_deform_para.hypara";
//int    nsimutask    = 1;
//string parafilename = "./bin/grid_refine_para.hypara";
//int    nsimutask    = 14;
//string parafilename = "./bin/integrative_solver.hypara";
//int    nsimutask    = 99;
//string parafilename = "./bin/post_processing.hypara";
// ---------------- Advanced Parameters, DO NOT care it ----------------
int numberOfGridProcessor = 0;
// ATP read
//@string parafilename1 = ""
//@string parafilename2 = "";

根据注释内容来修改文件内容。

key.hypara文件修改完毕后如下所示。

// key.hypara文件
// 标题，可以随便改
string title = "PHengLEI Main Parameter Control File";
// 指定默认参数文件，一般保持不变
string defaultParaFile = "./bin/cfd_para.hypara";
// 指定网格维度，二维或三维
int ndim = 2;
// 指定参数文件的数量
int nparafile = 1;
// 指定仿真任务类型，值为1表示网格操作
int nsimutask = 1;
// 指定参数文件路径
string parafilename = "./bin/grid_para.hypara";
// 高级参数，保持默认不变
int numberOfGridProcessor = 0;

在key.hypara文件中使用了参数文件grid_para.hypara，因此可以修改此文件的参数。

// grid_para.hypara文件
// 网格文件类型，值为1表示为结构网格
int gridtype = 1;
// 轴旋转次数，0表示无旋转
int nAxisRotateTimes = 0;
// 轴旋转次序，1、2、3分别表示x、y、z轴
int axisRotateOrder[] = [1, 2, 3];
// 轴旋转角度
double axisRotateAngles[] = [0.0, 0.0, 0.0];
// 原始网格类型，值为2表示使用的是cgns网格
int from_gtype = 2;
// 源网格路径
string from_gfile = "./grid/30p30n.cgns";
// 目标网格路径
string out_gfile = "./grid/30p30n.fts";

文件准备完毕后，可以使用下面的命令转换网格。

mpiexec -n 4 ./PHengLEI.exe

如图所示。

软件会自动将cgns文件转换为fts文件。如下图所示。

2.2 边界信息

可以在bin文件夹中打开文件boundary_condition.hypara查看边界信息。如下图所示。此处可以根据计算需要对其进行修改。

本案例网格是在Pointwise中生成的，在网格输出之前已经对边界类型进行了指定，因此可以保持此文件不变。

2.3 网格分区

若想要采用并行计算，需要对网格进行分区。

1. 修改key.hypara文件

修改文件内容：

string title = "PHengLEI Main Parameter Control File";
string defaultParaFile = "./bin/cfd_para.hypara";
int ndim = 2;
int nparafile = 1;
// 指定任务类型，值为3表示网格分区
int nsimutask = 3;
// 指定网格分区配置文件路径
string parafilename = "./bin/partition.hypara";

这里key.hypara文件被多次修改，相当的不友好。个人建议不同的任务采用不同的配置文件可能更利于工程项目保存。比如想要给别人移交工程算力，这个key文件还得做好几次备份，别人使用的时候还得改名。

”

2. 修改partition.hypara文件

// 网格类型，值为1表示是结构网格
int pgridtype = 1;
// 处理器数量，建议1个CPU处理5~10万结构网格，3~7万非结构网格
int maxproc = 4;
// 原始网格文件路径
string original_grid_file = "./grid/30p30n.fts";
// 目标网格文件路径
string partition_grid_file = "./grid/30p30n_str__4.fts";
// 多重网格级数，一般用于结构网格
int numberOfMultigrid = 2;

文件修改完毕邠刚保存后，可以运行命令：

mpiexec -n 1 ./PHengLEI.exe

此时grid文件夹如下图所示。

分区后的网格文件名除了添加的分区标识（ __4 ）之外，会自动加上当前的进程号，因为此处的结构网格分区是串行，单进程，所以文件会自动加 _0 ；因为程序中自动加上当前进程号（ _0 ），所以在参数设置的过程中不需要考虑进程的问题，只需要根据网格文件的名称和路径以及分区数设置参数即可。

3 求解设置

指定求解计算参数。

1. 修改key.hypara文件

修改文件内容为：

string title = "PHengLEI Main Parameter Control File";
string defaultParaFile = "./bin/cfd_para.hypara";
// 网格维度，这里为2D
int ndim = 2;
// 配置文件数量，这里只有1个
int nparafile = 1;
// 指定任务类型，值为0表示为仿真计算
int nsimutask = 0;
// 配置文件路径，这里采用亚音速配置文件
string parafilename = "./bin/cfd_para_subsonic.hypara";

2. 修改cfd_para_subsonic.hypara文件

这个配置文件较长。

// 基本参数设置
// 指定最大仿真步数
int maxSimuStep = 20000;
// 指定结果文件flow.dat的存储间隔
int intervalStepFlow = 1000;
// 指定文件tecflow.dat的存储间隔
int intervalStepPlot = 1000;
// 指定文件aircoef.dat的存储间隔
int intervalStepForce = 100;
// 指定文件res.dat的存储间隔
int intervalStepRes = 10;

// 来流参数设置
// 指定马赫数
double refMachNumber = 0.2;
// 指定攻角
double attackd = 19.0;
// 指定侧滑角
double angleSlide = 0.0;
// 指定流动参数类型，0表示无量纲条件
int inflowParaType = 0;
// 基于单位长度的雷诺数
double refReNumber = 9e6;
double refDimensionalTemperature = 288;

// 网格相关参数设置
// 缩放因子
double gridScaleFactor = 1.0;
// 参考长度
double forceReferenceLength = 1.0;
double forceReferenceLengthSpanWise = 1.0;
// 参考面积
double forceReferenceArea = 1.0;
double TorqueRefX = 0.0;
double TorqueRefY = 0.0;
double TorqueRefZ = 0.0;

// 湍流模型
// 指定粘性模型，3表示使用1方程湍流模型
int viscousType = 3;
// 模型名称，采用leq-sa模型
string viscousName = "1eq-sa";

// 空间离散设置
int roeEntropyFixMethod = 3;
double roeEntropyScale = 1.0;
string str_limiter_name = "minmod";

// 时间离散设置
// 指定为0表示计算稳态
int iunsteady = 0;
// 指定最大库朗数
double CFLEnd = 10.0;

// 指定网格路径
string gridfile = "./grid/30p30n__4.fts";

// 可视化输出设置
int plotFieldType = 0;
int nVisualVariables = 8;
int visualVariables[] = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 15];

// 其他限制参数设置
int reconmeth = 1;
int limitVariables = 0;
int limitVector = 0;

3. 修改解算器文件boundary_condition.hypara

修改内容为：

int nBoundaryConditions = 4;
string bcName = "Wall-1";
{
  string bodyName = "body";
  int bcType = 2;
  int dumpHingeMoment = 0;
  double forceReferenceArea = 1;
  double forceReferenceLength = 1;
  double forceReferenceLengthSpanWise = 1;
  double TorqueRefX = 0;
  double TorqueRefY = 0;
  double TorqueRefZ = 0;
  double wallTemperature = -1.0;
}
string bcName = "Wall-2";
{
  string bodyName = "body";
  int bcType = 2;
  int dumpHingeMoment = 0;
  double forceReferenceArea = 1;
  double forceReferenceLength = 1;
  double forceReferenceLengthSpanWise = 1;
  double TorqueRefX = 0;
  double TorqueRefY = 0;
  double TorqueRefZ = 0;
  double wallTemperature = -1.0;
}
string bcName = "Wall-3";
{
  string bodyName = "body";
  int bcType = 2;
  int dumpHingeMoment = 0;
  double forceReferenceArea = 1;
  double forceReferenceLength = 1;
  double forceReferenceLengthSpanWise = 1;
  double TorqueRefX = 0;
  double TorqueRefY = 0;
  double TorqueRefZ = 0;
  double wallTemperature = -1.0;
}
string bcName = "Farfield";
{
  int bcType = 4;
}

所有文件都准备完毕后，可以使用命令mpiexec -n 4 ./PHengLEI.exe进行计算。

这里算个一千多步就停下来，计算速度着实不太高，不过收敛性看着还不错。

计算完毕后，结果文件存储在results文件夹下。

4 后处理

可以使用Tecplot打开tecflow.plt文件进行后处理，也可以利用文本编辑器打开dat文件查看数据。

• 密度

• 压力

• 马赫数

5 总结

个人觉得PHengLEI的设置不算特别复杂，模版文件中都给了非常详细的注释。不过设置过程有点儿别扭，尤其是那个key文件被修改了3次。个人建议可以把任务类型独立出三个变量来，这样就可以把所有参数写在同一个文件里面了。

而且从模版文件来看，目前开源的PHengLEI还是偏向于做空气动力学，其他的物理模型、材料模型都找不到地方设置，想要将其用于复杂的民用工业场景，还有很长的路要走。

(完)