VSim
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения ) |
VSim — это кроссплатформенная вычислительная среда для мультифизики, совместимая с Windows, Linux и macOS. [1]
Он включает в себя VSimComposer, графический интерфейс для визуальной настройки моделирования, поддерживающий импорт геометрии САПР и прямое построение геометрии. VSimComposer позволяет пользователям выполнять сценарии анализа данных и визуализировать результаты в одном, двух или трех измерениях. VSim использует вычислительный движок Vorpal, который применяется для моделирования электромагнитных систем, плазмы , разреженных и плотных газов . VSim используется для моделирования базовой физики электромагнетизма и плазмы, сложных металлических и диэлектрических форм, фотоники , вакуумной электроники, включая мультипакторные эффекты , ускорения в кильватерном поле лазера , плазменных двигателей и термоядерной плазмы.
Вычислительный механизм Vorpal — это инструмент моделирования, предназначенный для работы в одном, двух или трехмерном пространстве. Он поддерживает вычислительные режимы, такие как полный электромагнитный режим, в котором используется алгоритм конечной разности во временной области ( FDTD ), а также может работать с электростатическими или магнитостатическими полями.
Частицы в Vorpal, заряженные или нейтральные, можно моделировать как жидкость или кинетически с использованием алгоритма Particle-in-Cell ( PIC ). Двигатель обеспечивает самосогласованное взаимодействие этих частиц с полями. Он также может моделировать взаимодействие частиц и полей с различными структурами, включая проводники, поглотители частиц, отражатели и другие, используя методы вырезания ячеек для обеспечения точности.
Вычислительная область в Vorpal обеспечивает гибкость с граничными условиями, поддерживая периодические области или границы, которые могут моделировать бесконечное пространство с использованием идеально согласованных слоев ( PML ) или других типов граничных условий исходящей волны. Выходные данные Vorpal имеют формат иерархических данных (HDF5) и соответствуют стандартам VizSchema, что облегчает дальнейший анализ и визуализацию.
Вход
[ редактировать ]Моделирование можно настроить на панели настройки VSimComposer. Формы можно импортировать или создавать, им можно назначать материалы, поля и добавлять частицы, а также выбирать алгоритмы. Затем VSimComposer записывает входной файл, подходящий для использования вычислительным механизмом Vorpal.
Входной файл также можно записать напрямую. Здесь пользователь имеет полный контроль над физическими величинами, которые необходимо включить в моделирование, включая низкоуровневый контроль над алгоритмами и решателями. Пользователь может указать динамику частиц как полностью релятивистскую, нерелятивистскую, ненамагниченную или другую. Во входном файле доступны дополнительные столкновения между электронами, ионами и нейтральными газами (нейтральные газы представлены либо жидкостями, либо частицами), включая операции саморасщепления и самообъединения. Также может быть включена полевая ионизация. Можно моделировать сложные поверхностные взаимодействия, включая определяемую пользователем вторичную эмиссию электронов, распыление и зарядку поверхности. Параллельная декомпозиция также может быть задана вручную для высокопроизводительных приложений.
 Конструктивная твердотельная геометрия в VSim |
Исполнение двигателя
[ редактировать ]VSim можно запустить из графического интерфейса VSimComposer или вызвать из командной строки. Параллельная версия VSim работает в системах, поддерживающих интерфейс передачи сообщений ( MPI ). Ввод в VSim осуществляется через XML -подобные файлы, используемые для создания объектов моделирования. Препроцессор макросов на основе Python txpp.py можно использовать для создания входных файлов, что позволяет пользователям настраивать свои симуляции с помощью математических функций, замен переменных, макросов и циклов.
Анализ данных
[ редактировать ]Сгенерированные данные можно анализировать с помощью любого из встроенных анализаторов, либо пользователи могут написать свои собственные анализаторы на любом языке. Встроенные анализаторы выводят данные в форме VizSchema для немедленной визуализации в панели визуализации VSimComposer. Для анализаторов, написанных на Python, VSim предоставляет пакет VsH5, который упрощает запись вывода в VizSchema.
Визуализация
[ редактировать ]Выходные файлы Vorpal можно визуализировать в VSimComposer. Графики включают в себя графики для данных о частицах, полевых данных и геометрии моделирования, с линиями для проверки критических изменений. Визуализация в VSimComposer осуществляется путем внедрения мощного инструмента VisIt , который пользователи могут загрузить для более конкретных визуализаций. Использование пакета VsH5 вместе с популярными инструментами Python, такими как matplotlib, позволяет создавать высококачественные графики, готовые к публикации.