Nektar ++ - Nektar++

Nektar ++
Logo Nektar ++.png
První vydání4. května 2006; Před 14 lety (2006-05-04)
Stabilní uvolnění
5.0.0 / 9. prosince 2019; Před 11 měsíci (2019-12-09)
NapsánoC ++
Operační systémUnix /Linux /OS X /Okna,
TypMetoda spektrálních prvků, HP-FEM, Výpočetní dynamika tekutin,
LicenceLicence MIT,
webová stránkahttp://www.nektar.info

Nektar ++ je spektrální / hp elementový framework navržený na podporu konstrukce efektivních vysoce výkonných škálovatelných řešičů pro širokou škálu parciální diferenciální rovnice (PDE).[1][2] Kód je vydán jako open-source pod Licence MIT. Ačkoli je primárně poháněn aplikačním výzkumem, byl navržen jako platforma na podporu vývoje nových numerických technik v oblasti metody konečných prvků vyššího řádu.

Nektar ++ je moderní objektově orientovaný kód napsaný v C ++ a je aktivně vyvíjen členy SherwinLab v Imperial College London (UK) a Kirbyho skupina na University of Utah (NÁS).

Schopnosti

Nektar ++ obsahuje následující funkce:

  • Jednorozměrné, dvojrozměrné a trojrozměrné problémy;[1]
  • Vícenásobné a smíšené typy prvků, tj. Trojúhelníky, čtyřstěny, čtyřstěny, hranoly a šestihrany;[1]
  • Hierarchické i nodální expanzní báze s variabilním a heterogenním polynomickým řádem mezi prvky;
  • Kontinuální Galerkin, nespojitý Galerkin,[3] hybridizovatelný diskontinuální Galerkin[4][5] a rekonstrukce toku[6] operátoři;
  • Několik implementací operátorů konečných prvků pro efektivní provedení na široké škále architektur CPU;[7][8][9]
  • Komplexní nabídka explicitní, implicitní a implicitně explicitní (IMEX) schémata časové integrace;[10][11]
  • Preconditioners šité na míru metodám konečných prvků vysokého řádu;
  • Numerické stabilizační techniky, jako je dealiasing[12] a spektrální mizející viskozita;[13][14]
  • Paralelní provedení a škálovatelné na tisíce procesorových jader;[15]
  • Nástroje pro předběžné zpracování ke generování sítí nebo k manipulaci a převádění sítí generovaných pomocí softwaru třetích stran do formátu čitelného pro Nektar ++;[16]
  • Rozsáhlé možnosti následného zpracování pro manipulaci s výstupními daty;
  • Podpora více platforem pro Linux, Mac OS X a Okna;
  • Podpora pro spouštění úloh na cloud computing platformy prostřednictvím prototypu rozhraní Nekkloud[17] z projektu libhpc;[18]
  • Široká komunita uživatelů,[19] podpora a každoroční seminář.[20]

Stabilní verze softwaru jsou vydávány na 1 měsíc a je podporován rozsáhlým testovacím rámcem[21] což zajišťuje správnost na celé řadě platforem a architektur.

Mezi další funkce, které jsou v současné době vyvíjeny, patří p-adaptace,[22] r-adaptace a podpora pro akcelerátory (GPGPU, Intel Xeon Phi ).

Domény aplikací

Vývoj rámce Nektar ++ je řízen řadou aerodynamika a biomedicínské inženýrství aplikace a následně softwarový balíček obsahuje řadu předem napsaných řešitelů pro tyto oblasti.

Nestlačitelný tok

Tento řešič časově integruje nestlačitelné Navier-Stokesovy rovnice pro provádění ve velkém měřítku přímá numerická simulace (DNS) ve složitých geometriích.[15] Podporuje také lineární a adjunkční formy Navier-Stokesových rovnic pro vyhodnocení hydrodynamická stabilita toků.[23][24]

Stlačitelný průtok

Externí aerodynamické simulace vysokorychlostních stlačitelných toků jsou podporovány řešením stlačitelného Euler nebo Navier-Stokes rovnice.[25]

Srdeční elektrofyziologie

Tento řešič podporuje řešení model monodomény a model bidomény šíření akčního potenciálu myokardem.[26]

Další oblasti použití

Licence

Nektar ++ je bezplatný a otevřený software vydaný pod Licence MIT.[27]

Alternativní software

Bezplatný open source software

Proprietární software

Reference

  1. ^ A b C Cantwell, C. D .; Moxey, D .; Comerford, A .; Bolis, A .; Rocco, G .; Mengaldo, G .; De Grazia, D .; Yakovlev, S .; Lombard, J. -E. (1. července 2015). „Nektar ++: Open-source spectral / element framework“. Komunikace počítačové fyziky. 192: 205–219. doi:10.1016 / j.cpc.2015.02.008.
  2. ^ „Nektar ++ - Spectral / hp Element Framework“. www.nektar.info. Citováno 14. června 2016.
  3. ^ Sherwin, S. J .; Kirby, R. M .; Peiró, J .; Taylor, R.L .; Zienkiewicz, O. C. (29. ledna 2006). "Na 2D eliptických diskontinuálních Galerkinových metodách". International Journal for Numerical Methods in Engineering. 65 (5): 752–784. CiteSeerX  10.1.1.130.6271. doi:10,1002 / nme.1466. ISSN  1097-0207.
  4. ^ Kirby, Robert M .; Sherwin, Spencer J .; Cockburn, Bernardo (1. července 2011). „Do CG nebo do HDG: Srovnávací studie“. Journal of Scientific Computing. 51 (1): 183–212. CiteSeerX  10.1.1.308.6739. doi:10.1007 / s10915-011-9501-7. ISSN  0885-7474.
  5. ^ Jakovlev, Sergej; Moxey, David; Kirby, Robert M .; Sherwin, Spencer J. (28. července 2015). "Do CG nebo do HDG: Srovnávací studie ve 3D". Journal of Scientific Computing. 67 (1): 192–220. doi:10.1007 / s10915-015-0076-6. hdl:10044/1/28889. ISSN  0885-7474.
  6. ^ Mengaldo, G .; Grazia, D .; Vincent, P.E .; Sherwin, S. J. (19. října 2015). „O souvislostech mezi diskontinuálními schématy rekonstrukce Galerkin a Flux: Rozšíření na křivočaré sítě“. Journal of Scientific Computing. 67 (3): 1272–1292. doi:10.1007 / s10915-015-0119-z. ISSN  0885-7474.
  7. ^ Vos, Peter E. J .; Sherwin, Spencer J .; Kirby, Robert M. (1. července 2010). „Od h do p efektivně: Implementace metod konečných a spektrálních / hp prvků k dosažení optimálního výkonu pro diskretizace nízkého a vysokého řádu“. Journal of Computational Physics. 229 (13): 5161–5181. doi:10.1016 / j.jcp.2010.03.031. hdl:10044/1/14735.
  8. ^ Cantwell, C. D .; Sherwin, S. J .; Kirby, R. M .; Kelly, P. H. J. (1. dubna 2011). "Od h do p efektivně: Výběr strategie pro vyhodnocení operátorů na hexahedrálních a čtyřbokých prvcích". Počítače a kapaliny. Symposium on High Accuracy Flow Simulation. Zvláštní vydání určené pro prof. Michela Deville Symposium o simulacích toku s vysokou přesností. 43 (1): 23–28. doi:10.1016 / j.compfluid.2010.08.012.
  9. ^ Cantwell, C. D .; Sherwin, S. J .; Kirby, R. M .; Kelly, P. H. J. (1. ledna 2011). „Od h do p Efektivně: Výběr optimální spektrální / hp diskretizace ve třech rozměrech“. Matematické modelování přírodních jevů. 6 (3): 84–96. doi:10.1051 / mmnp / 20116304. ISSN  0973-5348.
  10. ^ Vos, Peter E. J .; Eskilsson, Claes; Bolis, Alessandro; Chun, Sehun; Kirby, Robert M .; Sherwin, Spencer J. (1. března 2011). "Obecný rámec pro časově odstupňované parciální diferenciální rovnice (PDE): obecné lineární metody, objektově orientovaná implementace a aplikace na fluidní problémy". International Journal of Computational Fluid Dynamics. 25 (3): 107–125. doi:10.1080/10618562.2011.575368. ISSN  1061-8562.
  11. ^ Bolis, A .; Cantwell, C. D .; Kirby, R. M .; Sherwin, S. J. (20. července 2014). „Od h do p efektivně: optimální implementační strategie pro explicitní časově závislé problémy pomocí metody spektrálních / hp prvků“. International Journal for Numerical Methods in Fluids. 75 (8): 591–607. doi:10.1002 / fld.3909. ISSN  1097-0363. PMC  4394998. PMID  25892840.
  12. ^ Kirby, Robert M .; Sherwin, Spencer J. (3. října 2006). "Chyby aliasingu kvůli kvadratickým nelinearitám na diskretizaci trojúhelníkových spektrálních / hp prvků". Journal of Engineering Mathematics. 56 (3): 273–288. CiteSeerX  10.1.1.130.6964. doi:10.1007 / s10665-006-9079-5. ISSN  0022-0833.
  13. ^ Kirby, Robert M .; Sherwin, Spencer J. (15. dubna 2006). "Stabilizace metod spektrálních / hp prvků pomocí spektrální mizející viskozity: Aplikace na modelování mechaniky tekutin". Počítačové metody v aplikované mechanice a strojírenství. Nekomprimovatelná CFD. 195 (23–24): 3128–3144. doi:10.1016 / j.cma.2004.09.019. hdl:10044/1/355.
  14. ^ Moura, R. C .; Sherwin, S. J .; Peiró, J. (15. února 2016). „Analýza vlastního řešení spektrálních / hp kontinuálních Galerkinových aproximací k problémům advekce – difúze: Pohledy na spektrální mizející viskozitu“. Journal of Computational Physics. 307: 401–422. doi:10.1016 / j.jcp.2015.12.009.
  15. ^ A b Lombard, Jean-Eloi W .; Moxey, David; Sherwin, Spencer J .; Hoessler, Julien F. A .; Dhandapani, Sridar; Taylor, Mark J. (26. listopadu 2015). „Implicitní Large-Eddy Simulation of a Wingtip Vortex“. AIAA Journal. 54 (2): 506–518. doi:10,2514 / 1.J054181. hdl:10044/1/32883. ISSN  0001-1452.
  16. ^ Moxey, D .; Green, M. D .; Sherwin, S. J .; Peiró, J. (1. ledna 2015). „Izoparametrický přístup k zakřivení křivočaré mezní vrstvy vysokého řádu“. Počítačové metody v aplikované mechanice a strojírenství. 283: 636–650. doi:10.1016 / j.cma.2014.09.019.
  17. ^ Cohen, J .; Moxey, D .; Cantwell, C .; Burovskiy, P .; Darlington, J .; Sherwin, S. J. (1. září 2013). Nekkloud: Softwarové prostředí pro analýzu konečných prvků vysokého řádu v klastrech a cloudech. 2013 IEEE International Conference on Cluster Computing (CLUSTER). s. 1–5. doi:10.1109 / CLUSTER.2013.6702616. ISBN  978-1-4799-0898-1.
  18. ^ Cohen, Jeremy; Cantwell, Chris; Hong, Neil Chue; Moxey, David; Illingworth, Malcolm; Turner, Andrew; Darlington, John; Sherwin, Spencer (9. července 2014). „Zjednodušení vývoje, používání a udržitelnosti softwaru HPC“. Journal of Open Research Software. 2 (1): e16. arXiv:1309.1101. doi:10,5334 / jors.az. ISSN  2049-9647.
  19. ^ „Komunita - Nektar ++“. www.nektar.info. Citováno 14. června 2016.
  20. ^ „Workshop Nektar ++ 2016 - Nektar ++“. www.nektar.info. Citováno 14. června 2016.
  21. ^ „Nektar ++ Buildbot“. buildbot.nektar.info. Citováno 14. června 2016.
  22. ^ Ekelschot, D .; Moxey, D .; Sherwin, S. J .; Peiró, J. (2017). Msgstr "Metoda p-adaptace na problémy se stlačitelným tokem pomocí indikátoru chyby na základě cíle". Počítače a struktury. 181: 55–69. doi:10.1016 / j.compstruc.2016.03.004. hdl:10871/26757.
  23. ^ Rocco, G .; Sherwin, S. J. (1. ledna 2015). Theofilis, Vassilis; Soria, Julio (eds.). Role působení Spanwise na potlačení uvolňování víru v toku kolem válce. Mechanika tekutin a její aplikace. Springer International Publishing. 105–110. doi:10.1007/978-3-319-06260-0_15. ISBN  9783319062594.
  24. ^ Rocco, G .; Zaki, T. A .; Mao, X .; Blackburn, H .; Sherwin, S. J. (1. července 2015). "Analýza floetální a přechodové stability stability toku kompresorovým kanálem". Věda a technologie v letectví a kosmonautice. Nestabilita a řízení masivně oddělených toků. 44: 116–124. doi:10.1016 / j.ast.2015.02.004.
  25. ^ Mengaldo, G .; Kravtsova, M .; Ruban, A. I .; Sherwin, S. J. (1. července 2015). „Třípodlažní a přímé numerické simulační analýzy vysokorychlostních podzvukových toků kolem prvku drsnosti“. Journal of Fluid Mechanics. 774: 311–323. doi:10.1017 / jfm.2015.281. ISSN  1469-7645.
  26. ^ Cantwell, Chris D .; Jakovlev, Sergej; Kirby, Robert M .; Peters, Nicholas S .; Sherwin, Spencer J. (15. ledna 2014). "Diskrétizace spektrálních prvků / hp prvků vysokého řádu pro problémy reakce a difúze na površích: Aplikace na srdeční elektrofyziologii". Journal of Computational Physics. 257 (PA): 813–829. doi:10.1016 / j.jcp.2013.10.019. PMC  3991332. PMID  24748685.
  27. ^ „Licence - Nektar ++“. www.nektar.info. Citováno 14. června 2016.
  28. ^ „Licenční soubor Nek5000 na Githubu“.
  29. ^ Domovská stránka FEATool Multiphysics
  30. ^ Domovská stránka PyFR

externí odkazy

Oficiální zdroje