Геррис (программное обеспечение)
 | |
 Воздушный поток вокруг автофургона Тангароа | |
| Первоначальный выпуск | 2001 год |
|---|---|
| Написано в | С |
| Операционная система | Юникс , Линукс |
| Преемник | Василиск |
| Тип | CFD |
| Лицензия | лицензия GPL |
| Веб-сайт | подружки |
Gerris — компьютерное программное обеспечение в области вычислительной гидродинамики (CFD). Gerris был выпущен как бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом в соответствии с требованиями GNU General Public License (GPL) версии 2 или любой более поздней.
Объем
[ редактировать ]
Геррис решает уравнения Навье-Стокса в 2 или 3 измерениях, что позволяет моделировать промышленные жидкости (аэродинамику, внутренние потоки и т. д.) или, например, механику капель благодаря точной формулировке многофазных потоков (включая поверхностное натяжение). Собственно, последняя область исследований является причиной того, что программное обеспечение носит то же название, что и род насекомых .
Геррис также предоставляет функции, относящиеся к геофизическим потокам:
- океанский прилив [1]
- цунами [2] [3]
- течение реки [4]
- водовороты в океане [5]
- состояние моря (поверхностные волны) [6] [7]
Типы потока с 1 по 3 изучались с помощью решателя для мелководья , включенного в Gerris , случай № 4 включает в себя примитивные уравнения , а приложение № 5 основано на спектральных уравнениях для генерации/распространения/рассеивания зыби (и/или ветрового моря). ): для этой цели Геррис использует исходные термины из WaveWatchIII. [8]
Наконец, можно отметить, что (негидростатический) решатель Навье – Стокса также использовался в океане для изучения:
Напротив, Геррис не позволяет моделировать сжимаемые жидкости (сверхзвуковые течения).
Численная схема
[ редактировать ]Для численного решения уравнений в частных производных можно использовать несколько методов :
Геррис принадлежит к с конечным объемом семейству моделей CFD .
Тип сетки
[ редактировать ]В большинстве моделей используются сетки либо структурированные (декартовы или криволинейные сетки), либо неструктурированные (треугольные, тетраэдрические и т. д.). Gerris в этом отношении совершенно другой: он реализует взаимодействие между структурированными и неструктурированными сетками, используя древовидную структуру данных. [а] позволяющий локально (и динамически) уточнить (конечнообъемное) описание полей давления и скорости. Действительно, сетка развивается в ходе данного моделирования в соответствии с критериями, определяемыми пользователем ( например, динамическое измельчение сетки вблизи резких градиентов).
Турбулентное закрытие
[ редактировать ]Геррис в основном нацелен на DNS ; Таким образом, диапазон Рейнольдсов, доступный пользователю, зависит от вычислительной мощности, которую он может себе позволить (хотя автоадаптивная сетка позволяет сосредоточить вычислительные ресурсы на связных структурах). Согласно Герриса FAQ [12] реализация моделей турбулентности будет сосредоточена на семействе LES, а не на подходах RANS .
Язык программирования, зависимости библиотек, включенные инструменты
[ редактировать ]Gerris разработан на языке C с использованием библиотек Glib (объектная ориентация, динамическая загрузка модулей и т. д.) и GTS. [13] Последнее дает возможность выполнять геометрические вычисления, такие как триангуляция твердых поверхностей и их пересечение с ячейками жидкости. Более того, Gerris полностью совместим с распараллеливанием MPI (включая динамическую балансировку нагрузки).
Геррису не нужен инструмент построения сетки, поскольку локальное (и зависящее от времени) уточнение сетки лежит на самом решателе. Что касается твердых поверхностей, распознаются несколько форматов ввода:
- аналитические формулы в файле параметров
- триангулированные файлы GTS; обратите внимание, что дистрибутив Gerris включает инструмент для преобразования формата STL (экспортируемого различными программами САПР) в триангулированные поверхности GTS.
- батиметрическая/топографическая база данных в KDT формате ; также предоставляется инструмент для создания такой базы данных из простых списков ASCII.
Среди различных способов вывода результатов Герриса упомянем здесь:
- Графический вывод в формате PPM: изображения можно затем конвертировать (почти) в любой формат с помощью ImageMagick , а фильмы MPEG можно создавать благодаря FFmpeg (среди прочих).
- Файлы моделирования ( .gfs ), которые на самом деле представляют собой файлы параметров, объединенные с полями, полученными в результате моделирования; эти файлы затем можно (i) повторно использовать в качестве файлов параметров (определяя новые начальные условия) или (ii) обрабатывать с помощью Gfsview .
- Gfsview , программное обеспечение для отображения, поставляемое с Gerris , способное работать с древовидной структурой сетки Gerris (структура данных, которая неэффективно обрабатывается обычным программным обеспечением для визуализации). [б] ).
Лицензия
[ редактировать ]Программное обеспечение CFD, как и любое программное обеспечение, может разрабатываться в различных «сферах»:
- Бизнес;
- Академический;
- Открытый исходный код.
Что касается CFD, подробное обсуждение этих путей разработки программного обеспечения можно найти в заявлении Залески. [14]
Gerris распространялся как бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом с самого начала проекта. [15] [16]
Дальнейшее развитие
[ редактировать ]После реорганизации организации по разработке программного обеспечения Геррис стал Василиском . [17] который позволяет разработать собственный решатель (не обязательно в механике жидкости), используя различные структуры данных (включая, конечно, квадродерево/октри ) и оптимизированные операторы для итерации, вывода и т. д. Решатели написаны на C , точнее на Basilisk C. Однако многие решатели доступны «под ключ», включая Navier-Stokes et Saint-Venant.
См. также
[ редактировать ]
Другое вычислительное программное обеспечение в области механики жидкости находится в свободном доступе. Вот некоторые из них (если разработка не была инициализирована под свободной лицензией, год ее перехода на Open Source в скобках указан ):
Промышленные жидкости
[ редактировать ]- Библиотека расширенного моделирования (2015)
- Код Сатурна (2007)
- FEATool Мультифизика (2013)
- ОпенФОАМ (2004)
- Код СУ2 (2012 г.)
Геофизические жидкости
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Мсадек, Р. (2005). «Гидродинамическая приливная модель пролива Кука». Технический отчет, Национальный институт исследований воды и атмосферы .
- ^ Попинет, С. (2012). «Адаптивное моделирование распространения волн на большие расстояния и мелкомасштабных наводнений во время цунами Тохоку» . Природные опасности и науки о системе Земли . 12 (4): 1213–1227. Бибкод : 2012NHESS..12.1213P . doi : 10.5194/nhess-12-1213-2012 .
- ^ Попинет, С. (2011). «Адаптивное моделирование цунами с использованием квадродерева». Динамика океана . 61 (9): 1261–1285. Бибкод : 2011OcDyn..61.1261P . CiteSeerX 10.1.1.374.7506 . дои : 10.1007/s10236-011-0438-z . S2CID 14848237 .
- ^ Хёнук, А.; Сунён, Ю. (2012). «Хорошо сбалансированное моделирование течения мелкой воды на сетках ячеек с разрезом квадродерева». Достижения в области водных ресурсов . 39 : 60–70. Бибкод : 2012AdWR...39...60A . дои : 10.1016/j.advwatres.2012.01.003 .
- ^ Попинет, С.; Рикард, Г. (2007). «Древовидный решатель для адаптивного моделирования океана» (PDF) . Моделирование океана . 16 (3–4): 224–249. Бибкод : 2007OcMod..16..224P . дои : 10.1016/j.ocemod.2006.10.002 .
- ^ Цай, К.-К.; Хоу, Т.-Х.; Попинет, С. (2013). «Прогнозирование ветровых волн тропических циклонов с помощью адаптивной модели квадродерева». Береговая инженерия . 77 : 108–119. doi : 10.1016/j.coastaleng.2013.02.011 .
- ^ Попинет, С.; Горман, Р.М.; Рикард, Дж.Дж.; Толман, Х.Л. (2010). «Адаптивная спектральная волновая модель к квадродереву». Моделирование океана . 34 (1–2): 36–49. Бибкод : 2010OcMod..34...36P . CiteSeerX 10.1.1.374.5299 . дои : 10.1016/j.ocemod.2010.04.003 . S2CID 14415336 .
- ^ WaveWatchIII
- ^ О'Каллаган, Дж.; Рикард, Г.; Попинет, С.; Стивенс, К. (2010). «Реакция плавучих шлейфов на кратковременные выбросы, исследованная с помощью адаптивного решателя» . Журнал геофизических исследований . 115 (С11): C11025. Бибкод : 2010JGRC..11511025O . дои : 10.1029/2009jc005645 .
- ^ Рикард, Г.; О'Каллаган, Дж.; Попинет, С. (2009). «Численное моделирование внутренних уединенных волн, взаимодействующих с однородными склонами, с использованием адаптивной модели» . Моделирование океана . 30 (1): 16–28. Бибкод : 2009OcMod..30...16R . дои : 10.1016/j.ocemod.2009.05.008 .
- ^ Тао, Ю.; Россвог, С.; Брюгген, М. (2013). «Подход к имитационному моделированию гидротермальных шлейфов и его сравнение с аналитическими моделями». Моделирование океана . 61 : 68–80. Бибкод : 2013OcMod..61...68T . дои : 10.1016/j.ocemod.2012.10.001 .
- ^ « Геррис (часто задаваемые вопросы)» . Архивировано из оригинала 12 июня 2018 г. Проверено 15 мая 2013 г.
- ^ ГТС
- ^ Стефан Залески (2001). «Наука и гидродинамика должны иметь больше открытых источников» . Институт Жана ле Рона д'Аламбера . Проверено 12 мая 2013 г.
- ^ Попинет, С. (2003). «Геррис: древовидный адаптивный решатель для несжимаемых уравнений Эйлера в сложной геометрии». Журнал вычислительной физики . 190 (2): 572–600. Бибкод : 2003JCoPh.190..572P . CiteSeerX 10.1.1.12.5063 . дои : 10.1016/s0021-9991(03)00298-5 .
- ^ Попинет, С. (2004). «Свободная вычислительная гидродинамика». Кластерный мир . 2 : 2–8.
- ^ Василиск
- ^ РОМС
- ^ ГОТМ
- ^ Телемак-Маскарет
- ^ Делфт3D