Gerris - это компьютерное программное обеспечение в области вычислительной гидродинамики (CFD). Gerris был выпущен как бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом в соответствии с требованиями Стандартной общественной лицензии GNU (GPL) версии 2 или любой более поздней.
Первый выпуск | 2001 |
---|---|
Написано в | C |
Операционная система | Unix , Linux |
Тип | CFD |
Лицензия | GPL |
Веб-сайт | gfs |
Сфера
Геррис решает уравнения Навье – Стокса в двух или трех измерениях, позволяя моделировать промышленные жидкости (аэродинамику, внутренние потоки и т. Д.) Или, например, механику капель , благодаря точной формулировке многофазных потоков (включая поверхностное натяжение). Фактически, последняя область исследований является причиной того, что программное обеспечение имеет то же название, что и род насекомых .
Геррис также предоставляет функции, относящиеся к геофизическим потокам:
- океанский прилив [1]
- цунами [2] [3]
- речной сток [4]
- водовороты в океане [5]
- состояние моря (поверхностные волны) [6] [7]
Типы потоков от # 1 до # 3 были изучены с использованием решателя мелководья , включенного в Gerris , случай # 4 вводит уравнения примитивов, а приложение # 5 основано на спектральных уравнениях для генерации / распространения / рассеивания волн (и / или морских ветров). ): 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, Gerris не позволяет (в его нынешнем статусе) моделировать сжимаемые жидкости (сверхзвуковые потоки).
Числовая схема
Для численного решения уравнений в частных производных можно использовать несколько методов :
Геррис принадлежит к семейству моделей CFD конечных объемов .
Тип сетки
В большинстве моделей используются сетки, которые являются либо структурированными (декартовы или криволинейные сетки), либо неструктурированными (треугольные, тетраэдрические и т. Д.). В этом отношении Gerris сильно отличается: он реализует сделку между структурированными и неструктурированными сетками, используя древовидную структуру данных, [a] позволяя уточнить локально (и динамически) (в конечном объеме) описание полей давления и скорости. Действительно, сетка эволюционирует в ходе данной симуляции в соответствии с критериями, определяемыми пользователем ( например, динамическое уточнение сетки вблизи резких градиентов).
Турбулентное закрытие
Геррис в основном нацелен на DNS ; Таким образом, диапазон значений Рейнольдса, доступных пользователю, зависит от вычислительной мощности, которую он может себе позволить (хотя автоадаптивная сетка позволяет сосредоточить вычислительные ресурсы на когерентных структурах). Согласно Gerris FAQ [12], реализация моделей турбулентности будет сосредоточена на семействе LES, а не на подходах RANS .
Язык программирования, зависимости библиотек, включенные инструменты
Gerris разработан на C с использованием библиотек Glib (объектная ориентация, динамическая загрузка модулей и т. Д.) И GTS. [13] Последний предоставляет средства для выполнения геометрических вычислений, таких 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 за локальное (и зависящее от времени) уточнение сетки отвечает сам решатель. Что касается твердых поверхностей, распознаются несколько форматов ввода:
- аналитические формулы в файле параметров
- Файлы с триангуляцией GTS; обратите внимание, что дистрибутив Gerris включает инструмент для перевода формата STL (экспортируемого различными программами САПР) в триангулированные поверхности GTS.
- батиметрическая / топографическая база данных в формате KDT ; также предоставляется инструмент для создания такой базы данных из простых списков ASCII
Среди различных способов вывода результатов Gerris мы просто упомянем здесь:
- Графический вывод в формате PPM: затем изображения могут быть преобразованы в (почти) любой формат с помощью ImageMagick , а фильмы MPEG могут быть созданы благодаря FFmpeg (среди прочего).
- Файлы моделирования ( .gfs ), которые на самом деле представляют собой файлы параметров, объединенные с полями, полученными в результате моделирования; затем эти файлы могут быть (i) повторно использованы как файлы параметров (определяющие новые начальные условия) или (ii) обработаны с помощью Gfsview .
- Gfsview , программное обеспечение для отображения, поставляемое с Gerris , способное работать с древовидной структурой сетки Gerris (структура данных, которая неэффективно управляется общим программным обеспечением визуализации [b] ).
Лицензия
Программное обеспечение CFD, как и любое другое программное обеспечение, можно разрабатывать в различных «сферах»:
- Бизнес;
- Академический;
- Открытый источник.
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]
Смотрите также
Другое компьютерное программное обеспечение свободно доступно в области механики жидкостей. Вот некоторые из них (если разработка не была инициализирована под бесплатной лицензией, в скобках указан год, когда она была переведена на Open Source ):
Промышленные жидкости
- Расширенная библиотека моделирования (2015)
- Код Сатурн (2007)
- FEATool Multiphysics (2013)
- OpenFOAM (2004 г.)
- Код SU2 (2012)
Геофизические жидкости
- ПОМ (1999)
- ROMS [17]
- GOTM [18]
- Telemac (2010, 2011 для Mascaret [19] )
- Delft3D [20] (2011 г.)
Заметки
- ^ quadtree в 2D, октодерево в 3D
- ^ Однако Gerris также предоставляет модуль, экспортирующий свои результаты в формат Esri Grid.
Рекомендации
- ^ Msadek, R. (2005). «Гидродинамическая приливная модель пролива Кука». Технический отчет, Национальный институт водных и атмосферных исследований .
- ^ Попинец, С. (2012). «Адаптивное моделирование распространения волн на большие расстояния и мелкомасштабных наводнений во время цунами Тохоку» . Опасные природные явления и науки о Земле . 12 (4): 1213–1227. DOI : 10,5194 / nhess-12-1213-2012 .
- ^ Попинец, С. (2011). «Квадродерево-адаптивное моделирование цунами». Ocean Dynamics . 61 (9): 1261–1285. CiteSeerX 10.1.1.374.7506 . DOI : 10.1007 / s10236-011-0438-Z .
- ^ Хюнук, А .; Сунён, Ю. (2012). «Хорошо сбалансированное моделирование течения мелкой воды на сетке ячеек с разрезом квадродерева». Достижения в области водных ресурсов . 39 : 60–70. DOI : 10.1016 / j.advwatres.2012.01.003 .
- ^ Попинет, С .; Рикард, Г. (2007). «Решатель на основе дерева для адаптивного моделирования океана» (PDF) . Моделирование океана . 16 (3–4): 224–249. DOI : 10.1016 / j.ocemod.2006.10.002 .
- ^ Tsai, C.-C .; Hou, T.-H .; Попинец, С. (2013). «Прогноз ветрового волнения тропических циклонов с помощью адаптивной модели квадродерева». Береговая инженерия . 77 : 108–119. DOI : 10.1016 / j.coastaleng.2013.02.011 .
- ^ Попинет, С .; Горман, РМ; Рикард, ГДж; Толман, HL (2010). «Адаптивная к квадродереву спектральная волновая модель». Моделирование океана . 34 (1–2): 36–49. CiteSeerX 10.1.1.374.5299 . DOI : 10.1016 / j.ocemod.2010.04.003 .
- ^ WaveWatchIII
- ^ O'Callaghan, J .; Rickard, G .; Попинет, С .; Стивенс, К. (2010). «Реакция плавучих шлейфов на переходные разряды исследована с помощью адаптивного решателя» . Журнал геофизических исследований . 115 : C11025. DOI : 10.1029 / 2009jc005645 .
- ^ Rickard, G .; O'Callaghan, J .; Попинец, С. (2009). «Численное моделирование внутренних уединенных волн, взаимодействующих с однородными наклонами, с использованием адаптивной модели» . Моделирование океана . 30 : 16–28. DOI : 10.1016 / j.ocemod.2009.05.008 .
- ^ Tao, Y .; Rosswog, S .; Брюгген, М. (2013). «Имитационное моделирование гидротермальных шлейфов и его сравнение с аналитическими моделями». Моделирование океана . 61 : 68–80. DOI : 10.1016 / j.ocemod.2012.10.001 .
- ^ Геррис (часто задаваемые вопросы)
- ^ GTS
- ^ Стефан Залески (2001). «Наука и гидродинамика должны иметь больше открытых источников» . Institut Jean le Rond d'Alembert . Проверено 12 мая 2013 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Попинец, С. (2003). «Геррис: древовидный адаптивный решатель для несжимаемых уравнений Эйлера в сложной геометрии». Журнал вычислительной физики . 190 (2): 572–600. CiteSeerX 10.1.1.12.5063 . DOI : 10.1016 / s0021-9991 (03) 00298-5 .
- ^ Попинец, С. (2004). «Свободная вычислительная гидродинамика». Кластерный мир . 2 : 2–8.
- ^ ПЗУ
- ^ GOTM
- ^ Телемак-Маскарет
- ^ Delft3D