Code_Saturne
關注創建者：孤獨的鷹 創建時間：2018-08-10
Code_Saturne的視頻教程
Code_Saturne入門培訓 | 核反應堆下降段二維流場仿真
課程由遠算科技工業仿真團隊傾力打造，詳細介紹結構力學、熱力學、流體力學、水力學仿真案例。歡迎大家登錄格物官網https://cae.yuansuan.cn/免費下載CAE開源軟件！
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Code_Saturne的實例教程
關于Code_Saturne
Code_Saturne是法國電力集團自1997年起自主研發的一款通用計算流體力學開源軟件。基于有限體積方法，支持多種類型網格，通過求解納維-斯托克斯方程，用于處理二維、二維對稱、三維，穩態或非穩態，層流或湍流，不可壓或微可壓流體，等溫或非等溫等多種計算問題。擁有多種不同的湍流模型，例如雷諾平均模型（Reynolds Average Navier-Stokes: RANS）與大渦模擬模型(Large Eddy Simulation: LES)。
軟件涵蓋多種工業應用物理模塊：大氣模擬、煤粉、重質燃料及生物質的燃燒模塊、電弧與焦耳效應模塊、顆粒追蹤模塊、流體機械轉子-定子互動模塊等。為適應工業界復雜的物理問題，該軟件具備靈活的二次開發接口。其強大的并行計算能力，適用于超性能計算平臺處理大規模計算問題。該軟件在工業領域得到廣泛的應用與認可。
本文旨在提供運用Code_Saturne模擬室內火災的3D算例模型。
研究背景
作為EDF R&D較早開發的代碼， MAGIC被廣泛運用在工業應用中，主要包括火災安全分析，防火區分區以及火災概率風險評估等。然而MAGIC所能模擬的溫度范圍較小，對流體模擬的精細程度不夠，且實際工程往往要求對大型復雜幾何空間內火災后空氣和煙的流動做精細的建模與模擬，因此CFD數值模擬顯得尤為重要。本文提供了一種運用CFD軟件Code_Saturne對室內火災進行3D計算模擬的數值方法。
展開 軟件各功能信息
包括code_saturne的數值方法、計算能力、網格靈活性、用戶體驗、各種模塊，可對code_saturne有更加詳盡的了解：
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4. code_saturne用戶指南
code_saturne不同軟件版本對應的軟件使用手冊，其中包含安裝教程、用戶手冊、網頁資料（內含豐富的用戶自定義SRC腳本文件編寫的詳細介紹，包括變量物理含義，代碼編寫規則等）、理論手冊、studymanager工具的使用手冊（對于需要同時提交多個計算的用戶十分方便）、軟件開發指南（如何在code_saturne的求解器基礎上進行軟件開發）、用戶自定義腳本快速參考卡片：戳我
基本理論介紹手冊（Best Practice Guidelines），包括流體計算涉及的基本物理現象、網格生成、壁面單元尺寸的選擇、計算參數設置、計算失敗應對的方法以及如何開展結果分析的介紹：戳我
5. code_saturne案例練習教程
案例練習教程，包括簡化反應堆容器、熱力學計算、設置code_saturne /SYRTHES 進行流固耦合計算、 ALE 計算、在SALOME平臺中建立計算文件、粒子分散、使用拉格朗日方法模擬煤或生物質燃燒、流體機械轉子-定子的嚙合等案例：戳我
6. code_saturne用戶社區
交流論壇網址，使用code_saturne的文獻資料，salome_cfd用戶會議：戳我
7.
展開 在本次介紹的算例中，就使用法國電力（EDF）開發的開源通用計算流體力學（CFD）求解器 Code_Saturne進行數值模擬，并將仿真結果同實驗測量數據以及FLUENT商業軟件的仿真結果進行比較，證明了Code_Saturne進行可壓縮流場仿真計算的可信性。
Code_Saturne仿真軟件的優勢
針對本算例計算的可壓縮旋轉氣流流場的仿真模擬，Code_Saturne開源通用流體力學計算軟件具有以下的優勢：
所有代碼全部開源算法透明，同時方便植入和嘗試特殊模型和更加先進的求解算法。
有完善的GUI圖形化人機交互操作界面
具備絕大多數常用的RANS，LES以及混合湍流模型
良好的大規模并行計算可擴展能力，65000核并行計算32億網格量的算例依然具有很好的并行加速效果。
基于能源領域需求而開發的通用CFD軟件，長期在工業領域應用并具有豐富的工業驗證案例。
對簇狀結構和渦輪機械涉及到的周期性網格和動網格與靜網格耦合的支持良好
作為一款開源軟件，Code_Saturne還提供了豐富的用戶自定義函數的接口，滿足不同仿真應用場景和案例的精細化設置， 用戶還可以根據自己的需求對源代碼進行修改，更加詳細的Code_Saturne用戶自定義函數的使用方法將在2021年1月份的Code_Saturne用戶自定義函數使用專題培訓中進行介紹。在本次算例中，就對軟件中的可壓縮流體模塊進行了用戶自定義的修改和優化，使其支持對旋轉氣流的仿真模擬精度更高。
展開 對簇狀結構和渦輪機械涉及到的周期性網格和動網格與靜網格耦合的支持良好
作為一款開源軟件，Code_Saturne還提供了豐富的用戶自定義函數的接口，滿足不同仿真應用場景和案例的精細化設置， 用戶還可以根據自己的需求對源代碼進行修改，更加詳細的Code_Saturne用戶自定義函數的使用方法將在2021年1月份的Code_Saturne用戶自定義函數使用專題培訓中進行介紹。
在本次算例中，就對軟件中的可壓縮流體模塊進行了用戶自定義的修改和優化，使其支持對旋轉氣流的仿真模擬精度更高。
03
Code_Saturne中的可壓縮算法和湍流模型的改進
壓氣機失速現象涉及到對旋轉可壓縮氣流流場不穩定性的高精度的捕捉，因此針對本案例，對Code_Saturne內的可壓縮流求解部分的源代碼做出了以下的優化和改進：
對流項的離散格式增加至3階
使用2階Crank-Nicholson時間差分格式
植入并試驗了由?ada和Torrilhon提出的3階限制器
針對Code_Saturne中的k-ω SST湍流模型進行了旋轉和曲率修正，使之更加適用于旋轉氣流仿真。
為了對改進后的k-ω SST湍流模型，在Code_Saturne中測試了旋轉管流的經典驗證算例，模擬繞軸向旋轉的管道中的氣流流場。
算例中流場對應的雷諾數（Re）為5800，測試不同羅斯貝數(Ro)下的模擬結果并同DNS仿真結果以及FLUENT商業流體力學軟件的仿真結果進行比較，驗證了改進后的k-ω SST湍流模型對于旋轉流場湍流特征的捕捉精度。
展開 Code_Saturne操作簡便，官網不僅提供Linux/Windows多平臺版本供免費下載，還有詳盡的用戶手冊。
Code_Saturne由法國電力自主開發，有歐洲第一大電力公司研發團隊提供支持。而且，法國電力會定期或非定期舉辦軟件培訓研討會，今年的研討會初步安排在11月份。
咨詢研討會信息，請發送郵件到you.wu@edf.fr 或撥打工作電話010-56511420
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使用Code_Saturne仿真計算所得出的結果同公開的實驗測量數據以及使用Fluent商業計算軟件的仿真結果進行了對比，Code_Saturne和FLUENT的計算結果十分接近，且都與實驗所得數據基本吻合。
為進一步加深大家對數值仿真的理解，遠算流體力學技術負責人周璐博士也為大家帶來CFD通用軟件code_saturne課程，介紹了軟件功能特點、軟件使用基本操作以及工業應用案例，并演示了渦激振動的流固耦合仿真實操練習，幫助同學們更直觀地理解數值仿真在中國工業創新研發中發揮的重要作用。
本文提供了一種運用CFD軟件code_saturne對室內火災進行3D計算模擬的數值方法。
02 算例1：庚烷燃燒的模擬
如上圖所示，模擬區域為21m x 7m x 3.8m 的長方體空間，其中庚烷在中心2m x 1m 的區域燃燒。整個區域的網格劃分如下圖，在庚烷燃燒區域網格劃分的更加精細，以更好的記錄該區域流體溫度和速度的變化。
code_saturne中的可壓縮算法和湍流模型的改進
壓氣機失速現象涉及到對旋轉可壓縮氣流流場不穩定性的高精度的捕捉，針對本案例，對code_saturne內的可壓縮流求解部分的源代碼做出了以下的優化和改進。
此算例的目的在于, 通過code_saturne模擬一回路出現硼稀釋事故時，堆芯內硼濃度的空間分布情況，計算得到堆芯入口最低硼濃度，并與JULIETTE 試驗結果對比驗證。
02 實際試驗介紹
JULIETTE 試驗臺架是由AREVA公司搭建的1/5尺寸EPR實體模型，試驗堆芯包括4個冷段、下降段、分流裝置、堆芯下支撐板等結構，如下圖所示。
此算例的目的是通過code_saturne來模擬反應堆廠房內的溫度場，研究反應堆部分設備的改變對整個反應堆廠房溫度造成的影響。
02 研究方法
網格劃分
對整個反應堆廠房建模，計算區域共包含33萬個四面體網格。
本案例選取了CALIFS實驗作為參考實驗，使用code_saturne測試軟件針對燃料組件的流致振動現象模擬能力。
遠算副總裁閔皆昇博士發布主旨報告
參展嘉賓積極深入了解遠算業務與產品
遠算格物云CAE獲得自主軟件創新獎（左3）
遠算行業資深仿真工程師在仿真與數字孿生技術等論壇發表應用于數字孿生技術中的CFD降階模型、基于數值仿真的風電智慧運維數字孿生平臺、基于code_saturne的水輪機流體特性和材料性能評估系統、應用于數字孿生平臺的風電場尾流效應數值仿真研究和工業
模擬結果較好地預測了換熱器內的溫度分布情況，驗證了code_saturne計算換熱和溫度分布的能力，同時也證明了code_saturne具有較好的耦合能力，能與各種外部模型進行耦合計算。
03
仿真模擬
下圖展示了code_saturne仿真計算得出的在橄欖油渣鍋爐當中溫度場和速度場的云圖。
