Геррис (программное обеспечение) - Gerris (software)

Геррис
Gerris logo.png
Воздушный поток вокруг RV Tangaroa
Воздушный поток вокруг RV Tangaroa
изначальный выпуск2001; 19 лет назад (2001)
Написано вC
Операционная системаUnix, Linux
ТипCFD
ЛицензияGPL
Интернет сайтgfs.sourceforge.сеть

Геррис является компьютерное программное обеспечение в области вычислительная гидродинамика (CFD). Геррис был освобожден как бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом, с учетом требований Стандартная общественная лицензия GNU (GPL), версия 2 или более поздняя.

Объем

Баннер сайта Gerris

Геррис решает Уравнения Навье – Стокса в 2 или 3 измерениях, что позволяет моделировать промышленные жидкости (аэродинамика, внутренние потоки и т. д.) или, например, механику капли, благодаря точной формулировке многофазных потоков (включая поверхностное натяжение). Фактически, последняя область исследования является причиной того, что программное обеспечение имеет то же имя, что и род насекомых.

Геррис также предоставляет функции, относящиеся к геофизическим потокам:

  1. океанская волна[1]
  2. цунами[2][3]
  3. течение реки[4]
  4. водовороты в океане[5]
  5. состояние моря (поверхностные волны)[6][7]

Типы потоков от №1 до №3 были изучены с использованием мелководье решатель включен в Геррис, случай № 4 приносит примитивные уравнения и приложение № 5 полагается на спектральный уравнения для генерации / распространения / рассеивания зыби (и / или морского ветра): для этой цели Геррис использует исходные условия WaveWatchIII.[8]

Наконец, можно отметить, что (негидростатический) решатель Навье – Стокса также использовался в океане для изучения:

  • речные шлейфы[9]
  • внутренние волны[10]
  • гидротермальная конвекция[11]

Напротив Геррис не позволяет (в текущем состоянии) моделировать сжимаемые жидкости (сверхзвуковые потоки).

Числовая схема

Для численного решения задачи можно использовать несколько методов. уравнения в частных производных:

Геррис принадлежит к конечные объемы семейство моделей CFD.

Тип сетки

В большинстве моделей используются сетки, которые являются либо структурированными (декартовы или криволинейные сетки), либо неструктурированными (треугольные, тетраэдрические и т. Д.). Геррис сильно отличается в этом отношении: он реализует сделку между структурированными и неструктурированными сетками, используя древовидную структуру данных,[а] позволяя уточнить локально (и динамически) (в конечном объеме) описание полей давления и скорости. Действительно, сетка эволюционирует в ходе данного моделирования в соответствии с критериями, определяемыми пользователем (например динамическое измельчение сетки в окрестности резких градиентов).

Турбулентное закрытие

Геррис в основном направлен на DNS; диапазон Рейнольдс доступность для пользователя, таким образом, зависит от вычислительной мощности, которую он может себе позволить (хотя автоадаптивная сетка позволяет сосредоточить вычислительные ресурсы на когерентных структурах). Согласно Геррис Часто задаваемые вопросы[12] реализация моделей турбулентности будет сосредоточена на LES семья, а не RANS подходы.

Язык программирования, зависимости библиотек, включенные инструменты

Геррис разработан на C с использованием библиотек Бойко (объектная ориентация, динамическая загрузка модулей и др.) и GTS.[13] Последний предоставляет средства для выполнения геометрических вычислений, таких как триангуляция твердых поверхностей и их пересечение с ячейками жидкости. более того Геррис полностью соответствует MPI распараллеливание (включая динамическую балансировку нагрузки).

Геррис не требует инструмента построения сетки, поскольку локальное (и зависящее от времени) уточнение сетки возлагается на сам решатель. Что касается твердых поверхностей, распознаются несколько форматов ввода:

  • аналитические формулы в файле параметров
  • Файлы с триангуляцией GTS; обратите внимание, что Геррис Распространение включает инструмент для перевода формата STL (экспортируемого различными программами САПР) в триангулированные поверхности GTS
  • батиметрическая / топографическая база данных в KDT формат; также предоставляется инструмент для создания такой базы данных из простых списков ASCII

Среди различных способов вывода Геррис результаты, позвольте нам просто упомянуть здесь:

  • Графический вывод в формате PPM: изображения могут быть преобразованы в (почти) любой формат, используя ImageMagick, а фильмы в формате MPEG можно создавать благодаря FFmpeg (среди прочего).
  • Файлы моделирования (.gfs), которые на самом деле являются файлами параметров, объединенными с полями, полученными в результате моделирования; эти файлы затем могут быть (i) повторно использованы в качестве файлов параметров (определяющих новые начальные условия) или (ii) обработаны с помощью Gfsview.
  • Gfsview, программное обеспечение дисплея, поставляемое с Геррис, способный справиться с древовидной структурой Геррис сетка (структура данных, которая неэффективно управляется общим программным обеспечением визуализации[b]).

Лицензия

Программное обеспечение CFD, как и любое программное обеспечение, можно разрабатывать в различных "сферах":

  • Бизнес;
  • Академический;
  • Открытый исходный код.

Что касается CFD, подробное обсуждение этих путей разработки программного обеспечения можно найти в заявлении Залески.[14]

Геррис был распространен как бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом с самого начала проекта.[15][16]

Смотрите также

Другое программное обеспечение для вычислений свободно доступно в области механики жидкости. Вот некоторые из них (если разработка не была инициализирована по бесплатной лицензии, год, когда она перешла на Открытый исходный код упоминается в скобках):

Промышленные жидкости

Геофизические жидкости

Примечания

  1. ^ квадродерево en 2D, октодерево en 3D
  2. ^ Тем не мение, Геррис также предоставляет модуль экспорта результатов в формат Esri Grid.

Рекомендации

  1. ^ Мсадек, Р. (2005). «Гидродинамическая приливная модель пролива Кука». Технический отчет, Национальный институт водных и атмосферных исследований.
  2. ^ 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. Дои:10.5194 / nhess-12-1213-2012.
  3. ^ Попинец, С. (2011). «Квадродерево-адаптивное моделирование цунами». Ocean Dynamics. 61 (9): 1261–1285. CiteSeerX  10.1.1.374.7506. Дои:10.1007 / s10236-011-0438-z.
  4. ^ 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. Дои:10.1016 / j.advwatres.2012.01.003.
  5. ^ Попинет, С .; Рикард, Г. (2007). «Решатель на основе дерева для адаптивного моделирования океана» (PDF). Моделирование океана. 16 (3–4): 224–249. Дои:10.1016 / j.ocemod.2006.10.002.
  6. ^ Tsai, C.-C .; Hou, T.-H .; Попинец, С. (2013). «Прогноз ветрового волнения тропических циклонов с помощью адаптивной модели квадродерева». Береговая инженерия. 77: 108–119. Дои:10.1016 / j.coastaleng.2013.02.011.
  7. ^ Попинет, С .; Gorman, R.M .; Rickard, G.J .; Толман, Х.Л. (2010). «Адаптивная к квадродереву спектральная волновая модель». Моделирование океана. 34 (1–2): 36–49. CiteSeerX  10.1.1.374.5299. Дои:10.1016 / j.ocemod.2010.04.003.
  8. ^ WaveWatchIII
  9. ^ 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. Дои:10.1029 / 2009jc005645.
  10. ^ 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. Дои:10.1016 / j.ocemod.2009.05.008.
  11. ^ Tao, Y .; Rosswog, S .; Брюгген, М. (2013). «Метод имитационного моделирования гидротермальных шлейфов и его сравнение с аналитическими моделями». Моделирование океана. 61: 68–80. Дои:10.1016 / j.ocemod.2012.10.001.
  12. ^ Геррис (Часто задаваемые вопросы)
  13. ^ GTS
  14. ^ Стефан Залески (2001). «Наука и гидродинамика должны иметь больше открытых источников». Institut Jean le Rond d'Alembert. Получено 12 мая 2013.
  15. ^ Попинец, С. (2003). «Геррис: основанный на дереве адаптивный решатель для несжимаемых уравнений Эйлера в сложной геометрии». Журнал вычислительной физики. 190 (2): 572–600. CiteSeerX  10.1.1.12.5063. Дои:10.1016 / s0021-9991 (03) 00298-5.
  16. ^ Попинец, С. (2004). «Свободная вычислительная гидродинамика». Кластерный мир. 2: 2–8.
  17. ^ ROMS
  18. ^ GOTM
  19. ^ Telemac-Mascaret
  20. ^ Delft3D