Gerris es un software informático en el campo de la dinámica de fluidos computacional (CFD). Gerris se lanzó como software gratuito y de código abierto , sujeto a los requisitos de la Licencia Pública General GNU (GPL), versión 2 o posterior.
Versión inicial | 2001 |
---|---|
Escrito en | C |
Sistema operativo | Unix , Linux |
Tipo | CFD |
Licencia | GPL |
Sitio web | gfs |
Alcance
Gerris resuelve las ecuaciones de Navier-Stokes en 2 o 3 dimensiones, permitiendo modelar fluidos industriales (aerodinámica, flujos internos, etc.) o por ejemplo, la mecánica de gotitas , gracias a una formulación precisa de flujos multifásicos (incluida la tensión superficial). En realidad, este último campo de estudio es la razón por la que el software comparte el mismo nombre que el género de insectos .
Gerris también proporciona características relevantes para los flujos geofísicos:
- marea del océano [1]
- tsunamis [2] [3]
- caudal del río [4]
- remolinos en el océano [5]
- estado del mar (olas superficiales) [6] [7]
Los tipos de flujo # 1 a # 3 se estudiaron usando el solucionador de aguas poco profundas incluido en Gerris , el caso # 4 trae las ecuaciones primitivas y la aplicación # 5 se basa en las ecuaciones espectrales para la generación / propagación / disipación de oleaje (y / o viento mar ): para este propósito, Gerris utiliza los términos fuente de WaveWatchIII. [8]
Por último, se puede observar que el solucionador (no hidrostático) de Navier-Stokes también se utilizó en el océano para estudiar:
Por el contrario Gerris no permite (en su estado actual) el modelado de fluidos compresibles (flujos supersónicos).
Esquema numérico
Se pueden utilizar varios métodos para proporcionar una solución numérica a las ecuaciones diferenciales parciales :
Gerris pertenece a la familia de volúmenes finitos de modelos CFD.
Tipo de cuadrícula
La mayoría de los modelos utilizan mallas estructuradas (cuadrículas cartesianas o curvilíneas) o no estructuradas (triangulares, tetraédricas, etc.). Gerris es bastante diferente en este aspecto: implementa un trato entre mallas estructuradas y no estructuradas usando una estructura de datos de árbol, [a] permitiendo refinar localmente (y dinámicamente) la descripción (de volumen finito) de los campos de presión y velocidad. De hecho, la cuadrícula evoluciona en el curso de una simulación dada debido a criterios definidos por el usuario ( por ejemplo, refinamiento dinámico de la cuadrícula en las proximidades de pendientes pronunciadas).
Cierre turbulento
Gerris apunta principalmente al DNS ; el rango de Reynolds disponible para el usuario depende, por tanto, de la potencia de cálculo que pueden pagar (aunque la malla autoadaptativa permite centrar los recursos informáticos en las estructuras coherentes). Según las preguntas frecuentes de Gerris [12], la implementación de modelos de turbulencia se centrará en la familia LES en lugar de enfoques RANS .
Lenguaje de programación, dependencias de la biblioteca, herramientas incluidas
Gerris se desarrolla en C utilizando las librerías Glib (orientación a objetos, carga dinámica de módulos, etc.) y GTS. [13] Este último trae facilidades para realizar cálculos geométricos como la triangulación de superficies sólidas y su intersección con celdas de fluidos. Además, Gerris es totalmente compatible con la paralelización MPI (incluido el equilibrio dinámico de carga).
Gerris no necesita una herramienta de mallado ya que el refinamiento local (y dependiente del tiempo) de la cuadrícula está a cargo del solucionador mismo. En cuanto a superficies sólidas, se reconocen varios formatos de entrada:
- fórmulas analíticas en el archivo de parámetros
- Archivos triangulados GTS; tenga en cuenta que la distribución de Gerris incluye una herramienta para traducir el formato STL (exportado por varios software CAD) en superficies trianguladas GTS
- base de datos batimétrica / topográfica en formato KDT ; También se proporciona una herramienta para generar dicha base de datos a partir de listados ASCII simples.
Entre las diversas formas de generar resultados de Gerris , mencionemos aquí:
- Salida gráfica en formato PPM: las imágenes se pueden convertir en (casi) cualquier formato usando ImageMagick , y se pueden generar películas MPEG gracias a FFmpeg (entre otros).
- Archivos de simulación ( .gfs ), que en realidad son archivos de parámetros concatenados con campos generados por la simulación; estos archivos se pueden (i) reutilizar como archivos de parámetros (definiendo nuevas condiciones iniciales), o (ii) procesarse con Gfsview .
- Gfsview , un software de visualización enviado con Gerris , capaz de hacer frente a la estructura de árbol de la cuadrícula de Gerris (una estructura de datos que no es operada de manera eficiente por el software de visualización general [b] ).
Licencia
El software CFD, como cualquier software, se puede desarrollar en varios "ámbitos":
- Negocio;
- Académico;
- Fuente abierta.
En lo que respecta a los CFD, se puede encontrar una discusión exhaustiva de estas rutas de desarrollo de software en la declaración de Zaleski. [14]
Gerris se distribuyó como software gratuito y de código abierto desde el inicio del proyecto. [15] [16]
Ver también
Otros programas informáticos están disponibles gratuitamente en el campo de la mecánica de fluidos. Éstos son algunos de ellos (si el desarrollo no se inicializó con una licencia gratuita, se menciona entre paréntesis el año en que se trasladó a Open Source ):
Fluidos industriales
- Biblioteca de simulación avanzada (2015)
- Código Saturne (2007)
- FEATool Multifísica (2013)
- OpenFOAM (2004)
- Código SU2 (2012)
Fluidos geofísicos
- POM (1999)
- ROMS [17]
- GOTM [18]
- Telemac (2010, 2011 para Mascaret [19] )
- Delft3D [20] (2011)
Notas
- ^ quadtree en 2D, octree en 3D
- ^ Sin embargo, Gerris también proporciona un módulo que exporta sus resultados en formato Esri Grid.
Referencias
- ^ Msadek, R. (2005). "Modelo de marea hidrodinámico del estrecho de Cook". Informe técnico, Instituto Nacional de Investigaciones del Agua y la Atmósfera .
- ^ Popinet, S. (2012). "Modelado adaptativo de propagación de ondas de larga distancia e inundaciones en escala fina durante el tsunami de Tohoku" . Riesgos naturales y ciencias del sistema terrestre . 12 (4): 1213–1227. doi : 10.5194 / nhess-12-1213-2012 .
- ^ Popinet, S. (2011). "Modelado de tsunamis adaptativo de Quadtree". Dinámica oceánica . 61 (9): 1261–1285. CiteSeerX 10.1.1.374.7506 . doi : 10.1007 / s10236-011-0438-z .
- ^ Hyunuk, A .; Soonyoung, Y. (2012). "Simulación de flujo de agua poco profunda bien equilibrada en cuadrículas de celdas de corte quadtree". Avances en los recursos hídricos . 39 : 60–70. doi : 10.1016 / j.advwatres.2012.01.003 .
- ^ Popinet, S .; Rickard, G. (2007). "Un solucionador basado en árboles para el modelado adaptativo del océano" (PDF) . Modelado de océanos . 16 (3–4): 224–249. doi : 10.1016 / j.ocemod.2006.10.002 .
- ^ Tsai, C.-C .; Hou, T.-H .; Popinet, S. (2013). "Predicción de ondas de viento de ciclones tropicales mediante un modelo adaptativo de cuatro árboles". Ingeniería Costera . 77 : 108-119. doi : 10.1016 / j.coastaleng.2013.02.011 .
- ^ Popinet, S .; Gorman, RM; Rickard, GJ; Tolman, HL (2010). "Un modelo de onda espectral adaptativa de cuatro árboles". Modelado de océanos . 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 .; Popinet, S .; Stevens, C. (2010). "Respuesta de plumas flotantes a descargas transitorias investigadas utilizando un solucionador adaptativo" . Revista de Investigación Geofísica . 115 : C11025. doi : 10.1029 / 2009jc005645 .
- ^ Rickard, G .; O'Callaghan, J .; Popinet, S. (2009). "Simulaciones numéricas de ondas solitarias internas que interactúan con pendientes uniformes utilizando un modelo adaptativo" . Modelado de océanos . 30 : 16-28. doi : 10.1016 / j.ocemod.2009.05.008 .
- ^ Tao, Y .; Rosswog, S .; Brüggen, M. (2013). "Un enfoque de modelado de simulación de plumas hidrotermales y su comparación con modelos analíticos". Modelado de océanos . 61 : 68–80. doi : 10.1016 / j.ocemod.2012.10.001 .
- ^ Gerris (Preguntas frecuentes)
- ^ GTS
- ^ Stéphane Zaleski (2001). "La ciencia y la dinámica de fluidos deberían tener más fuentes abiertas" . Institut Jean le Rond d'Alembert . Consultado el 12 de mayo de 2013 .
- ^ Popinet, S. (2003). "Gerris: un solucionador adaptativo basado en árboles para las ecuaciones de Euler incompresibles en geometrías complejas". Revista de Física Computacional . 190 (2): 572–600. CiteSeerX 10.1.1.12.5063 . doi : 10.1016 / s0021-9991 (03) 00298-5 .
- ^ Popinet, S. (2004). "Dinámica de fluidos computacional libre". Cluster World . 2 : 2-8.
- ^ ROMS
- ^ GOTM
- ^ Telemac-Mascaret
- ^ Delft3D