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FDS-Mesh-Rechner
Geben Sie die Brandleistung und die Domäne ein. Der Rechner bestimmt den charakteristischen Branddurchmesser D*, wählt die Zellgröße für die gewünschte Auflösung D*/δx, nennt Zellenanzahl und Speicherbedarf und erzeugt fertige &MESH-Zeilen, aufgeteilt auf MPI-Prozesse.
So wird gerechnet
Bei Auftriebsplumes wird die Auflösung des Rechengitters über das Verhältnis D*/δx beurteilt, wobei δx die Zellgröße und D* der charakteristische Branddurchmesser ist:
D* = ( Q / (ρ∞ · cp · T∞ · √g) )^(2/5)
mit ρ∞ = 1,204 kg/m³, cp = 1,005 kJ/(kg·K), T∞ = 293 K und g = 9,81 m/s². D*/δx ist die Anzahl der Zellen über dem charakteristischen Durchmesser. Häufig wird der Bereich 4–16 genannt (u. a. im Validierungsbericht NUREG-1824 der US NRC): etwa 4 ist grob, etwa 16 fein, und um 10 ist ein üblicher Kompromiss in Projekten. NIST weist jedoch darauf hin, dass keiner dieser Werte als allgemeingültiges Minimum gelten sollte — entscheidend ist eine Gitterstudie für das konkrete Szenario.
Der Rechner rundet δx auf 5 mm (unter 10 cm) oder 1 cm, passt die Zellenanzahl an die Domäne an und teilt die Domäne entlang x in die gewählte Anzahl gleicher Meshes. J und K lassen sich auf Produkte aus 2, 3 und 5 abstimmen — der Drucklöser von FDS verwendet in y- und z-Richtung eine schnelle Fourier-Transformation, laut FDS User Guide ist der Gewinn aber meist gering.
Worauf Sie achten sollten
- D*/δx ist nicht alles. Es ist ein Kriterium für den Plume. Strömung in einem Flur, durch eine Tür oder in einem Kanal braucht eine eigene Prüfung — meist mindestens einige Zellen über die Öffnungsbreite.
- Feineres Mesh am Brand. Die ganze Domäne muss nicht verfeinert werden. Besser ein eigenes, feineres Mesh um den Brandherd anlegen und an den Mesh-Grenzen ein Zellgrößenverhältnis von 2:1 einhalten.
- Gitterstudie. Der eigentliche Test ist der Vergleich der Ergebnisse für zwei bis drei Auflösungen. Mehr im Ratgeber Zellgröße in FDS: D*/δx und die Gitterstudie.
- Aufteilung auf Prozesse. Das am stärksten belastete Mesh bestimmt die Rechenzeit — siehe Mehrere Meshes und MPI in FDS: Berechnungen beschleunigen.
Häufige Fragen
Welches D*/δx sollte ich wählen?
Für eine schnelle Modellprüfung reicht etwa 4. In typischen Entrauchungsprojekten werden meist um 10 angesetzt, und eine Gitterstudie vergleicht mindestens zwei Auflösungen, z. B. 10 und 16. Am Ende entscheidet der Vergleich der Ergebnisse, nicht die Zahl allein.
Wie viel RAM braucht ein FDS-Modell?
Grob 1–1,5 GB je Million Zellen plus ein fester Anteil je Prozess. Der Rechner verwendet dieselbe Schätzung wie das fdsrun-Portal; der tatsächliche Bedarf hängt u. a. von der Anzahl der Spezies, Partikel und Ausgaben ab.
Müssen J und K Produkte aus 2, 3 und 5 sein?
Nein. Der FDS User Guide empfiehlt solche Zahlen, weil der Drucklöser in y- und z-Richtung eine schnelle Fourier-Transformation nutzt, weist aber darauf hin, dass der Gewinn meist gering ist, da der Drucklöser weniger als 10 % der Rechenzeit beansprucht.
Wie viele Zellen je Mesh (MPI-Prozess)?
Sinnvoll sind etwa 0,2–1 Mio. Zellen je Prozess. Kleinere Meshes erhöhen den Kommunikationsaufwand, größere verlängern die Berechnung. Am wichtigsten ist, dass die Meshes ähnlich viele Zellen haben.
FDS und Smokeview sind Software des National Institute of Standards and Technology; das NIST steht in keiner Verbindung zu fdsrun.