Нектар ++ - Nektar++

Нектар ++
Nektar ++ logo.png
изначальный выпуск4 мая 2006 г.; 14 лет назад (2006-05-04)
Стабильный выпуск
5.0.0 / 9 декабря 2019; 11 месяцев назад (2019-12-09)
Написано вC ++
Операционная системаUnix /Linux /OS X /Windows,
ТипМетод спектральных элементов, HP-FEM, Вычислительная гидродинамика,
ЛицензияЛицензия MIT,
Интернет сайтhttp://www.nektar.info

Нектар ++ представляет собой структуру спектральных элементов / HP, разработанную для поддержки создания эффективных высокопроизводительных масштабируемых решателей для широкого диапазона уравнения в частных производных (PDE).[1][2] Код выпущен как Открытый исходный код под Лицензия MIT. Хотя в первую очередь он основан на прикладных исследованиях, он был разработан как платформа для поддержки разработки новых численных методов в области методы конечных элементов высокого порядка.

Nektar ++ современный объектно-ориентированный код, написанный на C ++ и активно развивается членами SherwinLab в Имперский колледж Лондон (Великобритания) и Группа Кирби на Университет Юты (НАС).

Возможности

Nektar ++ включает в себя следующие возможности:

  • Одно-, двух- и трехмерные задачи;[1]
  • Составные и смешанные типы элементов, т.е. треугольники, четырехугольники, тетраэдры, призмы и шестигранники;[1]
  • Иерархическая, и узловая базы расширения с переменным и неоднородным полиномиальным порядком между элементами;
  • Сплошной Галеркин, прерывистый Галеркин,[3] гибридизируемый разрывной Галеркин[4][5] и реконструкция потока[6] операторы;
  • Множественные реализации операторов конечных элементов для эффективного выполнения на широком спектре архитектур ЦП;[7][8][9]
  • Обширный ассортимент явный, скрытый и неявно-явные (IMEX) схемы интегрирования по времени;[10][11]
  • Предобуславливатели, адаптированные к методам конечных элементов высокого порядка;
  • Методы численной стабилизации, такие как деиасинг[12] и спектральная исчезающая вязкость;[13][14]
  • Параллельное выполнение и масштабируемость до тысяч ядер процессора;[15]
  • Инструменты предварительной обработки для создания сеток или манипулирования и преобразования сеток, созданных сторонним программным обеспечением, в читаемый формат Nektar ++;[16]
  • Обширные возможности постобработки для управления выходными данными;
  • Кросс-платформенная поддержка Linux, Mac OS X и Windows;
  • Поддержка выполнения заданий на облачные вычисления платформы через прототип интерфейса Nekkloud[17] из проекта libhpc;[18]
  • Широкое сообщество пользователей,[19] поддержка и ежегодный семинар.[20]

Стабильные версии программного обеспечения выпускаются каждые 1 месяц и поддерживаются обширным фреймворком для тестирования.[21] что обеспечивает корректность на различных платформах и архитектурах.

Другие возможности, которые сейчас активно разрабатываются, включают p-адаптацию,[22] r-адаптация и поддержка ускорителей (ГПГПУ, Intel Ксеон Пхи ).

Домены приложений

Развитие фреймворка Nektar ++ движется рядом аэродинамика и биомедицинская инженерия приложений и, следовательно, программный пакет включает ряд заранее написанных решателей для этих областей.

Несжимаемый поток

Этот решатель интегрирует по времени несжимаемый Уравнения Навье-Стокса для выполнения масштабных прямое численное моделирование (DNS) сложной геометрии.[15] Он также поддерживает линеаризованные и присоединенные формы уравнений Навье-Стокса для вычисления гидродинамическая устойчивость потоков.[23][24]

Сжимаемый поток

Моделирование внешней аэродинамики высокоскоростных сжимаемых потоков поддерживается посредством решения сжимаемой Эйлер или же Навье-Стокса уравнения.[25]

Сердечная электрофизиология

Этот решатель поддерживает решение монодоменная модель и модель бидомена распространения потенциала действия через миокард.[26]

Другие области применения

Лицензия

Nektar ++ - бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом, выпущенное под Лицензия MIT.[27]

Альтернативное ПО

Бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом

Проприетарное программное обеспечение

Рекомендации

  1. ^ а б c Cantwell, C.D .; Moxey, D .; Комерфорд, А .; Bolis, A .; Rocco, G .; Mengaldo, G .; De Grazia, D .; Яковлев, С .; Ломбард, Ж. -Э. (1 июля 2015 г.). "Nektar ++: спектральный / элементный фреймворк с открытым исходным кодом". Компьютерная физика Коммуникации. 192: 205–219. Дои:10.1016 / j.cpc.2015.02.008.
  2. ^ "Nektar ++ - Spectral / hp Element Framework". www.nektar.info. Получено 14 июн 2016.
  3. ^ Sherwin, S.J .; Кирби, Р. М .; Peiró, J .; Taylor, R.L .; Зенкевич, О. К. (29 января 2006 г.). «О двумерных эллиптических разрывных методах Галеркина». Международный журнал численных методов в инженерии. 65 (5): 752–784. CiteSeerX  10.1.1.130.6271. Дои:10.1002 / nme.1466. ISSN  1097-0207.
  4. ^ Кирби, Роберт М .; Шервин, Спенсер Дж .; Кокберн, Бернардо (1 июля 2011 г.). «К CG или HDG: сравнительное исследование». Журнал научных вычислений. 51 (1): 183–212. CiteSeerX  10.1.1.308.6739. Дои:10.1007 / s10915-011-9501-7. ISSN  0885-7474.
  5. ^ Яковлев, Сергей; Мокси, Дэвид; Кирби, Роберт М .; Шервин, Спенсер Дж. (28 июля 2015 г.). «К CG или HDG: сравнительное исследование в 3D». Журнал научных вычислений. 67 (1): 192–220. Дои:10.1007 / s10915-015-0076-6. HDL:10044/1/28889. ISSN  0885-7474.
  6. ^ Mengaldo, G .; Grazia, D .; Винсент, П. Э .; Шервин, С. Дж. (19 октября 2015 г.). «О связях между схемами разрывной Галеркина и реконструкцией потока: продолжение на криволинейные сетки». Журнал научных вычислений. 67 (3): 1272–1292. Дои:10.1007 / s10915-015-0119-z. ISSN  0885-7474.
  7. ^ Вос, Питер Э. Дж .; Шервин, Спенсер Дж .; Кирби, Роберт М. (1 июля 2010 г.). «От h к p эффективно: реализация методов конечных и спектральных / hp элементов для достижения оптимальной производительности для дискретизации низкого и высокого порядка». Журнал вычислительной физики. 229 (13): 5161–5181. Дои:10.1016 / j.jcp.2010.03.031. HDL:10044/1/14735.
  8. ^ Cantwell, C.D .; Sherwin, S.J .; Кирби, Р. М .; Келли, П. Х. Дж. (1 апреля 2011 г.). «От h к p эффективно: выбор стратегии для вычисления оператора на гексаэдрических и тетраэдрических элементах». Компьютеры и жидкости. Симпозиум по высокоточному моделированию потока. Специальный выпуск, посвященный симпозиуму профессора Мишеля Девиля по высокоточному моделированию потока. 43 (1): 23–28. Дои:10.1016 / j.compfluid.2010.08.012.
  9. ^ Cantwell, C.D .; Sherwin, S.J .; Кирби, Р. М .; Келли, П. Х. Дж. (1 января 2011 г.). «От h до p эффективно: выбор оптимальной дискретизации спектра / hp в трех измерениях». Математическое моделирование природных явлений. 6 (3): 84–96. Дои:10.1051 / mmnp / 20116304. ISSN  0973-5348.
  10. ^ Вос, Питер Э. Дж .; Эскильссон, Клаас; Болис, Алессандро; Чун, Сехун; Кирби, Роберт М .; Шервин, Спенсер Дж. (1 марта 2011 г.). «Общая структура для пошаговых уравнений в частных производных (УЧП): общие линейные методы, объектно-ориентированная реализация и применение к задачам жидкости». Международный журнал вычислительной гидродинамики. 25 (3): 107–125. Дои:10.1080/10618562.2011.575368. ISSN  1061-8562.
  11. ^ Bolis, A .; Cantwell, C.D .; Кирби, Р. М .; Шервин, С. Дж. (20 июля 2014 г.). «От h к p эффективно: оптимальные стратегии реализации для явных задач, зависящих от времени, с использованием метода спектральных элементов / hp». Международный журнал численных методов в жидкостях. 75 (8): 591–607. Дои:10.1002 / fld.3909. ISSN  1097-0363. ЧВК  4394998. PMID  25892840.
  12. ^ Кирби, Роберт М .; Шервин, Спенсер Дж. (3 октября 2006 г.). «Ошибки совмещения из-за квадратичной нелинейности при дискретизации треугольного спектрального элемента / элемента HP». Журнал инженерной математики. 56 (3): 273–288. CiteSeerX  10.1.1.130.6964. Дои:10.1007 / s10665-006-9079-5. ISSN  0022-0833.
  13. ^ Кирби, Роберт М .; Шервин, Спенсер Дж. (15 апреля 2006 г.). «Стабилизация спектральных методов / методов элементов высокого давления через спектральную исчезающую вязкость: приложение к моделированию механики жидкости». Компьютерные методы в прикладной механике и технике. Несжимаемый CFD. 195 (23–24): 3128–3144. Дои:10.1016 / j.cma.2004.09.019. HDL:10044/1/355.
  14. ^ Moura, R.C .; Sherwin, S.J .; Пейро, Дж. (15 февраля 2016 г.). "Анализ собственных решений спектральных / HP-непрерывных аппроксимаций Галеркина для задач адвекции-диффузии: понимание спектральной исчезающей вязкости". Журнал вычислительной физики. 307: 401–422. Дои:10.1016 / j.jcp.2015.12.009.
  15. ^ а б Lombard, Jean-Eloi W .; Мокси, Дэвид; Шервин, Спенсер Дж .; Hoessler, Julien F.A .; Дхандапани, Шридар; Тейлор, Марк Дж. (26 ноября 2015 г.). "Неявное моделирование кончика крыла вихря с большими вихрями". Журнал AIAA. 54 (2): 506–518. Дои:10.2514 / 1.J054181. HDL:10044/1/32883. ISSN  0001-1452.
  16. ^ Moxey, D .; Грин, M.D .; Sherwin, S.J .; Пейро, Дж. (1 января 2015 г.). «Изопараметрический подход к построению сетки криволинейных пограничных слоев высокого порядка». Компьютерные методы в прикладной механике и технике. 283: 636–650. Дои:10.1016 / j.cma.2014.09.019.
  17. ^ Cohen, J .; Moxey, D .; Cantwell, C .; Буровский, П .; Darlington, J .; Шервин, С. Дж. (1 сентября 2013 г.). Nekkloud: программная среда для анализа методом конечных элементов высокого порядка в кластерах и облаках.. Международная конференция IEEE по кластерным вычислениям (CLUSTER), 2013 г.. С. 1–5. Дои:10.1109 / CLUSTER.2013.6702616. ISBN  978-1-4799-0898-1.
  18. ^ Коэн, Джереми; Кэнтуэлл, Крис; Хонг, Нил Чуэ; Мокси, Дэвид; Иллингворт, Малькольм; Тернер, Эндрю; Дарлингтон, Джон; Шервин, Спенсер (9 июля 2014 г.). «Упрощение разработки, использования и устойчивости программного обеспечения HPC». Журнал открытого программного обеспечения для исследований. 2 (1): e16. arXiv:1309.1101. Дои:10.5334 / jors.az. ISSN  2049-9647.
  19. ^ «Сообщество - Нектар ++». www.nektar.info. Получено 14 июн 2016.
  20. ^ «Нектар ++ Мастерская 2016 - Нектар ++». www.nektar.info. Получено 14 июн 2016.
  21. ^ "Nektar ++ Buildbot". buildbot.nektar.info. Получено 14 июн 2016.
  22. ^ Ekelschot, D .; Moxey, D .; Sherwin, S.J .; Пейро, Дж. (2017). «Метод p-адаптации для задач сжимаемого потока с использованием целевого индикатора ошибки». Компьютеры и конструкции. 181: 55–69. Дои:10.1016 / j.compstruc.2016.03.004. HDL:10871/26757.
  23. ^ Rocco, G .; Шервин, С. Дж. (1 января 2015 г.). Теофилис, Василис; Сория, Хулио (ред.). Роль продольного воздействия на подавление вихря при обтекании цилиндра. Механика жидкости и ее приложения. Издательство Springer International. С. 105–110. Дои:10.1007/978-3-319-06260-0_15. ISBN  9783319062594.
  24. ^ Rocco, G .; Заки, Т. А .; Мао, X .; Blackburn, H .; Шервин, С. Дж. (1 июля 2015 г.). «Анализ устойчивости потока Флоке и переходного роста потока через компрессорный канал». Аэрокосмическая наука и технологии. Неустойчивость и управление массово разделенными потоками. 44: 116–124. Дои:10.1016 / j.ast.2015.02.004.
  25. ^ Mengaldo, G .; Кравцова, М .; Рубан, А. И .; Шервин, С. Дж. (1 июля 2015 г.). «Трехуровневый анализ и прямое численное моделирование высокоскоростных дозвуковых потоков, проходящих мимо элемента шероховатости». Журнал гидромеханики. 774: 311–323. Дои:10.1017 / jfm.2015.281. ISSN  1469-7645.
  26. ^ Cantwell, Chris D .; Яковлев, Сергей; Кирби, Роберт М .; Петерс, Николас С .; Шервин, Спенсер Дж. (15 января 2014 г.). «Спектральная дискретизация высокого порядка / HP элементов для задач реакции-диффузии на поверхностях: приложение к кардиологической электрофизиологии». Журнал вычислительной физики. 257 (PA): 813–829. Дои:10.1016 / j.jcp.2013.10.019. ЧВК  3991332. PMID  24748685.
  27. ^ «Лицензия - Нектар ++». www.nektar.info. Получено 14 июн 2016.
  28. ^ "Файл лицензии Nek5000 на Github".
  29. ^ Домашняя страница FEATool Multiphysics
  30. ^ Домашняя страница PyFR

внешняя ссылка

Официальные ресурсы