使用WELSIM生成电磁计算软件Palace的求解器文件

2023年2月22日,美国亚马逊云端服务商AWS,发布了其用于大规模并行计算电磁学的开源项目Palace,全称为PArallel Large Scale Computational Electromagnetics,即大规模计算电磁学。Palace 在 AWS 量子计算中心用于执行复杂电磁模型的大规模 3D 模拟,并支持量子计算硬件的设计。目前 GitHub 上提供了Palace的全部源代码, 用户可以从笔记本电脑到超级计算机的多种系统上运行此项目。同时,伴随的Apache-2.0开源协议对于商业应用也是极为友好。

Palace求解器基于了MFEM有限元计算库,WELSIM在多个版本之前就支持了MFEM的输入网格格式,参见《使用WELSIM生成MFEM初始网格文件》一文。在MFEM的基础上,Palace完善了更多功能,并提供了多种电磁学的计算类型,包含静电场,静磁场,特征模态,频域与时域的驱动,和电磁波瞬态等分析。各种复杂边界条件,如波导端口等都有支持。加上开源软件的可拓展性,用户也可以在Palace的基础上,拓展所需要的计算功能。

和大多数优秀的开源求解器一样,目前Palace还没有一款简单易用的前端可视化程序。为更好地贡献工程仿真与开源社区,WELSIM最近支持了Palace求解器输入程序的自动生成,同时也是全球第一款完整支持Palace的前处理软件。用户可以从WELSIM中导出Palace支持的网格与JSON格式的计算文件,直接用于Palace的求解计算。这极大地降低了学习Palace的学习曲线,使得不同类型的使用者都可以快速使用Palace进行电磁场计算相关的工作。

WELSIM中生成Palace求解器文件

设置电磁分析

新建一个项目,并将项目的物理类型设为电磁学(Electromagnetics)。选择需要的分析类型,如图所示,电磁学提供了:静电场,静磁场,模态,驱动,和全波瞬态5种分析类型。

2. 添加材料与电磁属性

WELSIM提供了丰富的材料模型,用户可以快速添加电磁材料属性并定义参数。目前已经支持的Palace电磁材料属性有:相对介电常数,相对磁渗透率,导电常数,介电损耗角正切量等。如下图所示是WELSIM的通用材料编辑界面。

3. 边界条件

电磁场分析中,边界条件是重要的输入条件之一。WELSIM目前支持了Palace主要的边界条件类型。支持的边界条件有 完美电导面,完美磁导面,吸收边界,电导边界,阻抗边界,集总端口,波导端口,表面电流,零势地面,零电荷等。

4. 网格划分

WELSIM提供快速的自动化网格划分,支持Tet4/10和Tri3/6网格。简单设置单元的大小后,执行网格划分命令,即可得到有限元网格。

5. 导出求解器文件 

完成以上设置后,在菜单栏的工具(Tools)选项中,选择输出Palace文件,即可在指定目录得到输出文件。

如图所示,生成的Palace求解器文件和网格文件。

在输出Palace求解器文件时,系统会根据首选项的设置输入对应的网格格式,默认格式为MFEM,用户可以在首选项中修改成想要的格式。目前支持的网格格式有Gmsh,MFEM,Nastran, VTK, 和VTU格式。

由于WELSIM的易用性,生成用于Palace计算的复杂模型变得简单快捷。目前WELSIM 2023R2的开发版中已经含有此功能,并在以后的版本中不断维护与增强。

WelSim与作者不隶属于Palace,AWS,MFEM。和Palace,AWS,MFEM 开发团队与机构没有直接关系。这里引用Palace,AWS,MFEM 仅用作技术博客文章与软件使用的参考。

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