Gerris (software)

Gerris es un software informático especializado en dinámica de fluidos computacional (CFD). Gerris se lanzó como software libre y de código abierto , sujeto a los requisitos de la Licencia Pública General de GNU (GPL), versión 2 o posterior.

Gerris resuelve las ecuaciones de Navier-Stokes en 2 o 3 dimensiones, lo que permite modelar fluidos industriales (aerodinámica, flujos internos, etc.) o, por ejemplo, la mecánica de gotas , gracias a una formulación precisa de flujos multifásicos (incluida la tensión superficial). De hecho, 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:

1. marea oceánica ^{[ 1 ]}
2. tsunamis ^{[ 2 ] [ 3 ]}
3. caudal del río ^{[ 4 ]}
4. remolinos en el océano ^{[ 5 ]}
5. estado del mar (olas superficiales) ^{[ 6 ] [ 7 ]}

Los tipos de flujo del n.° 1 al n.° 3 se estudiaron utilizando el solucionador de aguas poco profundas incluido en Gerris , el caso n.° 4 introduce las ecuaciones primitivas y la aplicación n.° 5 se basa en las ecuaciones espectrales para la generación/propagación/disipación de oleaje (y/o mar de viento): para este propósito, Gerris utiliza los términos fuente de WaveWatchIII. ^{[ 8 ]}

Por último, cabe señalar que el solucionador de Navier-Stokes (no hidrostático) también se utilizó en el océano para estudiar:

• plumas fluviales ^{[ 9 ]}
• ondas internas ^{[ 10 ]}
• convección hidrotermal ^{[ 11 ]}

Por el contrario, Gerris no permite la modelización de fluidos compresibles (flujos supersónicos).

Se pueden utilizar varios métodos para proporcionar una solución numérica a ecuaciones diferenciales parciales :

• diferencias finitas
• volúmenes finitos
• elementos finitos

Gerris pertenece a la familia de modelos CFD de volúmenes finitos .

La mayoría de los modelos utilizan mallas estructuradas (cartesianas o curvilíneas) o no estructuradas (triangulares, tetraédricas, etc.). Gerris se diferencia notablemente en este aspecto: implementa un equilibrio entre mallas estructuradas y no estructuradas mediante una estructura de datos en forma de árbol, ^{[ a ]} que permite refinar localmente (y dinámicamente) la descripción (de volumen finito) de los campos de presión y velocidad. De hecho, la malla evoluciona durante la simulación según criterios definidos por el usuario ( por ejemplo, refinamiento dinámico de la malla en las proximidades de gradientes pronunciados).

Gerris se centra principalmente en DNS ; por lo tanto, el rango de Reynolds disponible para el usuario depende de la capacidad de cálculo que pueda permitirse (aunque la malla auto-adaptativa permite concentrar los recursos computacionales 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 los enfoques RANS .

Gerris se desarrolla en C utilizando las bibliotecas Glib (orientación a objetos, carga dinámica de módulos, etc.) y GTS. ^{[ 13 ]} Esta última proporciona funcionalidades para realizar cálculos geométricos, como la triangulación de superficies sólidas y su intersección con celdas fluidas. Además, Gerris es totalmente compatible con la paralelización MPI (incluido el balanceo dinámico de carga).

Gerris no necesita una herramienta de mallado, ya que el refinamiento local (y dependiente del tiempo) de la malla está a cargo del propio solucionador. En lo que respecta a las 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 convertir el formato STL (exportado por varios programas 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 simples listados ASCII.

Entre las diversas formas de generar resultados de Gerris , mencionaremos aquí solo lo siguiente:

• Salida gráfica en formato PPM: las imágenes se pueden convertir a (casi) cualquier formato usando ImageMagick , y se pueden generar películas MPEG gracias a FFmpeg (entre otros).
• Los archivos de simulación ( .gfs ), que en realidad son archivos de parámetros concatenados con campos emitidos por la simulación; estos archivos pueden luego (i) reutilizarse como archivos de parámetros (definiendo nuevas condiciones iniciales), o (ii) procesarse con Gfsview .
• Gfsview , un software de visualización incluido con Gerris , capaz de manejar la estructura de árbol de la cuadrícula de Gerris (una estructura de datos que no es operada eficientemente por el software de visualización general ^{[ b ]} ).

El software CFD, como cualquier otro software, puede desarrollarse en diversos "ámbitos":

• Negocio;
• Académico;
• Código abierto.

En lo que respecta a la CFD, se puede encontrar una discusión exhaustiva de estas vías de desarrollo de software en la declaración de Zaleski. ^{[ 14 ]}

Gerris se distribuyó como software libre y de código abierto desde el inicio del proyecto. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

Tras una reestructuración de la organización del software, Gerris se convirtió en Basilisk [ ^{17 ] ,} que permite desarrollar un solucionador propio (no necesariamente en mecánica de fluidos) utilizando diversas estructuras de datos (incluyendo, por supuesto, el quadtree/octree ) y operadores optimizados para iteración, derivación, etc. Los solucionadores están escritos en C , más concretamente en Basilisk C. Sin embargo, existen muchos solucionadores disponibles "listos para usar", como Navier-Stokes y Saint-Venant.

Existen otros programas informáticos de libre acceso en el campo de la mecánica de fluidos. Aquí presentamos algunos (si su desarrollo no se inició bajo una licencia libre, se indica entre paréntesis el año en que pasó a ser de código abierto ):

• Lista de software de dinámica de fluidos computacional