code_saturne è un software libero di fluidodinamica computazionale (CFD) sviluppato dalla divisione ricerca e sviluppo di Électricité de France (EDF). Pubblicato sotto licenza GNU GPL dal 2007, si basa su un metodo dei volumi finiti co-localizzato e permette di simulare flussi incomprimibili o dilatabili, con o senza turbolenza e trasferimento di calore.
Il software è integrato nella piattaforma SALOME attraverso la distribuzione salome_cfd e può essere accoppiato con il codice di termica dei solidi SYRTHES e con il codice di meccanica strutturale code_aster, entrambi sviluppati da EDF sotto licenze di software libero.
La sua estensione bifase, Neptune_CFD, co-sviluppata da EDF e dal CEA, consente di trattare flussi bifase come miscele acqua-vapore e acqua-aria.
Storia
Lo sviluppo di code_saturne è iniziato nel 1997 nella divisione R&S di EDF, inizialmente come strumento interno destinato agli studi di sicurezza nucleare e termoidraulica delle centrali nucleari.
Nel marzo 2007, EDF ha pubblicato il codice sotto licenza GNU GPL, adottando un modello di sviluppo aperto. Questa apertura ha favorito l'adozione del software da parte di partner industriali e accademici in Francia e a livello internazionale.
Il software è stato successivamente selezionato come applicazione di riferimento nell'ambito del progetto europeo PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe) per la valutazione delle prestazioni dei supercomputer.
Funzionalità
Metodo numerico
code_saturne risolve le equazioni di Navier-Stokes mediante un metodo dei volumi finiti co-localizzato. Accetta maglie di qualsiasi tipo — strutturate, non strutturate, ibride, conformi o non conformi — e una varietà di forme di celle: tetraedri, esaedri, prismi, piramidi o poliedri arbitrari.
I flussi simulati possono essere stazionari o instazionari, laminari o turbolenti, isotermi o non isotermi, e incomprimibili o comprimibili.
Modelli di turbolenza
Il software dispone di numerosi modelli di turbolenza che coprono i seguenti approcci: RANS (Reynolds-Averaged Navier–Stokes); LES (Large Eddy Simulation); metodi ibridi RANS/LES (DES, SAS).
Moduli fisici specifici
Oltre al solutore di uso generale, code_saturne include moduli dedicati a fisiche particolari:
Combustione: fiamme a gas (diffusione, premiscelazione), combustione di carbone polverizzato con tracciamento lagrangiano delle particelle, e simulazione di incendi Radiazione termica: trasferimento radiativo in mezzi semitrasparenti Flussi atmosferici: strato limite atmosferico, stratificazione termica, dispersione atmosferica|dispersione di inquinanti Tracciamento lagrangiano di particelle: trasporto di particelle, gocce o bolle in un campo euleriano con accoppiamento bidirezionale Magnetoidrodinamica: accoppiamento delle equazioni di Navier-Stokes e di Maxwell Turbomacchine: maglie rotanti con interfacce a maglia scorrevole (sliding mesh).
Parallelizzazione e accoppiamento
Il codice è parallelizzato mediante la libreria MPI, che gli consente di funzionare su architetture di calcolo ad alte prestazioni (HPC). Può essere accoppiato con il codice di termica dei solidi SYRTHES e con il codice di meccanica strutturale code_aster, in particolare attraverso la piattaforma SALOME.
Interoperabilità
code_saturne supporta diversi tipi di maglie, inclusi elementi poliedrici arbitrari e non strutturati, con giunzione di maglie non conformi. Non include un generatore di maglie né un modulo di visualizzazione integrato, ma è compatibile con numerosi strumenti e formati standard.
Formati di maglia supportati: Formato Origine MED SALOME (EDF/CEA) CGNS Standard CFD Gmsh Software libero I-deas Universal Siemens GAMBIT Neutral ANSYS EnSight 6 / Gold ANSYS SIMAIL (NOPO) INRIA/Simulog STAR-CCM+ Siemens
Formati di uscita (post-elaborazione): MED CGNS EnSight Gold
Ambiti di applicazione e utenti
code_saturne è utilizzato sia in ambito industriale che accademico, in Francia e a livello internazionale. Circa 500 ingegneri e ricercatori lo utilizzano all'interno di EDF.
Energia e sicurezza nucleare
Progettato originariamente per studi di sicurezza delle centrali nucleari, il software è utilizzato per l'analisi dei flussi nei circuiti primari, nei sistemi di raffreddamento, nel trasferimento di calore accoppiato fluido-struttura e nello studio dei generatori di vapore. È inoltre impiegato per la modellazione di parchi eolici, incluse le interazioni tra le scie delle turbine e l'ottimizzazione della loro disposizione.
Ambiente e atmosfera
Il software è utilizzato per la modellazione dei flussi atmosferici, la dispersione di inquinanti, la valutazione della qualità dell'aria e le interazioni vento-struttura.
Idrodinamica e industria
code_saturne è stato utilizzato da partner industriali per applicazioni di idrodinamica, in particolare nel campo dell'architettura navale.
Ricerca e didattica
Il software è utilizzato in università e organismi di ricerca per lo sviluppo e la validazione di modelli numerici, nonché per l'insegnamento della fluidodinamica computazionale.
Sviluppo e comunità
Lo sviluppo è guidato dalla divisione R&S di EDF. Il codice sorgente è ospitato su GitHub. Le versioni vengono pubblicate secondo cicli regolari.
Una comunità di utenti, che comprende ingegneri e ricercatori del mondo industriale e accademico, contribuisce al progetto attraverso lo sviluppo di modelli fisici, strumenti associati o casi di validazione. Un forum ufficiale e documentazione tecnica (guide utente, manuali di riferimento, casi di esempio) sono disponibili sul sito web del progetto.
Pubblicazioni di riferimento
I fondamenti numerici e la validazione di code_saturne sono descritti in diverse pubblicazioni scientifiche sottoposte a revisione paritaria:
Disponibilità
code_saturne funziona su Linux e Unix. È disponibile come pacchetti precompilati per distribuzioni come Debian e Ubuntu, tramite immagini di container (Docker, Singularity), o compilando dal codice sorgente disponibile sul sito web ufficiale.
Binari precompilati e immagini di container Singularity (.sif) e Docker sono inoltre forniti dalla piattaforma Open Simulation Center, facilitando il deployment su stazioni di lavoro o ambienti di calcolo ad alte prestazioni.
Su Windows, il software può essere utilizzato tramite il Sottosistema Windows per Linux.
Software comparabile
Software Licenza OpenFOAM GPL SU2 GPL ANSYS Fluent Proprietaria ANSYS CFX Proprietaria STAR-CCM+ Proprietaria
Note
Voci correlate code_aster SALOME Fluidodinamica computazionale OpenFOAM Metodo dei volumi finiti
Collegamenti esterni
Code_Saturne su EDF code_saturne su GitHub
Categoria:Software libero in C Categoria:Software libero in C++