Code Saturne

code_saturne es un software libre de dinámica de fluidos computacional (CFD) desarrollado por la división de investigación y desarrollo de Électricité de France (EDF). Publicado bajo la licencia GNU GPL desde 2007, se basa en un Método de los volúmenes finitos co-localizado y permite simular flujos incompresibles o dilatables, con o sin turbulencia y transferencia de calor.

code_saturne
Archivo:Logo code saturne.png
Información general
Tipo de programa	Dinámica de fluidos computacional
Desarrollador	EDF
Lanzamiento inicial	1997
Licencia	GNU GPL
Idiomas	Inglés
Enlaces
Sitio web oficial github.com/code-saturne/code Repositorio de código

El software está integrado en la plataforma SALOME a través de la distribución salome_cfd y puede acoplarse con el código de térmica de sólidos SYRTHES y con el código de mecánica estructural Code_Aster, ambos también desarrollados por EDF bajo licencias de software libre.

Su extensión bifásica, Neptune_CFD, codesarrollada por EDF y el CEA, permite tratar flujos bifásicos como mezclas agua-vapor y agua-aire.

Historia

El desarrollo de code_saturne comenzó en 1997 en la división de I+D de EDF, inicialmente como herramienta interna destinada a estudios de seguridad nuclear y termohidráulica de centrales nucleares.

En marzo de 2007, EDF publicó el código bajo la licencia GNU GPL, adoptando un modelo de desarrollo abierto. Esta apertura favoreció la adopción del software por socios industriales y académicos en Francia y a nivel internacional.

El software ha sido seleccionado como aplicación de referencia en el marco del proyecto europeo PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe) para la evaluación del rendimiento de supercomputadores.

Funcionalidades

Método numérico

code_saturne resuelve las ecuaciones de Navier-Stokes mediante un método de los volúmenes finitos co-localizado. Acepta mallas de cualquier tipo —estructuradas, no estructuradas, híbridas, conformes o no conformes— y una variedad de formas de celdas: tetraedros, hexaedros, prismas, pirámides o poliedros arbitrarios.

Los flujos simulados pueden ser estacionarios o transitorios, laminares o turbulentos, isotérmicos o no isotérmicos, e incompresibles o compresibles.

Modelos de turbulencia

El software dispone de numerosos modelos de turbulencia que cubren los siguientes enfoques:

• RANS (Reynolds-Averaged Navier–Stokes);
• LES (Large Eddy Simulation);
• métodos híbridos RANS/LES (DES, SAS).

Módulos físicos específicos

Además del solucionador de propósito general, code_saturne incluye módulos dedicados a físicas particulares:

• Combustión: llamas de gas (difusión, premezcla), combustión de carbón pulverizado con seguimiento lagrangiano de partículas, y simulación de incendios
• Radiación térmica: transferencia radiativa en medios semitransparentes
• Flujos atmosféricos: capa límite atmosférica, estratificación térmica, dispersión de contaminantes
• Seguimiento lagrangiano de partículas: transporte de partículas, gotas o burbujas en un campo euleriano con acoplamiento bidireccional
• Magnetohidrodinámica: acoplamiento de las ecuaciones de Navier-Stokes y de Maxwell
• Turbomáquinas: mallas rotativas con interfaces de malla deslizante (sliding mesh).

Paralelización y acoplamiento

El código está paralelizado mediante la biblioteca MPI, lo que le permite funcionar en arquitecturas de computación de alto rendimiento (HPC). Puede acoplarse con el código de térmica de sólidos SYRTHES y con el código de mecánica estructural code_aster, en particular a través de la plataforma SALOME.

Interoperabilidad

code_saturne es compatible con diversos tipos de mallas, incluidos elementos poliédricos arbitrarios y no estructurados, con unión de mallas no conformes. No incluye un mallador ni un módulo de visualización integrado, pero es compatible con numerosas herramientas y formatos estándar.

Formatos de malla soportados:

Formato	Origen
MED	SALOME (EDF/CEA)
CGNS	Estándar CFD
Gmsh	Software libre
I-deas Universal	Siemens
GAMBIT Neutral	ANSYS
EnSight 6 / Gold	ANSYS
SIMAIL (NOPO)	INRIA/Simulog
STAR-CCM+	Siemens

Formatos de salida (postprocesamiento):

• MED
• CGNS
• EnSight Gold

Ámbitos de aplicación y usuarios

code_saturne se utiliza tanto en entornos industriales como académicos, en Francia y a nivel internacional. Aproximadamente 500 ingenieros e investigadores lo emplean dentro de EDF.

Energía y seguridad nuclear

Diseñado originalmente para estudios de seguridad de instalaciones nucleares, el software se utiliza para el análisis de flujos en circuitos primarios, sistemas de refrigeración, transferencia de calor acoplada fluido-estructura y el estudio de generadores de vapor. También se emplea para la modelización de parques eólicos, incluyendo las interacciones entre estelas de turbinas y la optimización de su implantación.

Medio ambiente y atmósfera

El software se utiliza para la modelización de flujos atmosféricos, la dispersión de contaminantes, la evaluación de la calidad del aire y las interacciones viento-estructura.

Hidrodinámica e industria

code_saturne ha sido utilizado por socios industriales para aplicaciones de hidrodinámica, en particular en el campo de la arquitectura naval.

Investigación y enseñanza

El software se utiliza en universidades y organismos de investigación para el desarrollo y la validación de modelos numéricos, así como para la enseñanza de la dinámica de fluidos computacional.

Desarrollo y comunidad

El desarrollo está liderado por la división de I+D de EDF. El código fuente está alojado en GitHub. Las versiones se publican según ciclos regulares.

Una comunidad de usuarios, que incluye ingenieros e investigadores del mundo industrial y académico, contribuye al proyecto mediante el desarrollo de modelos físicos, herramientas asociadas o casos de validación. Un foro oficial y documentación técnica (guías de usuario, manuales de referencia, casos de ejemplo) están disponibles en el sitio web del proyecto.

Publicaciones de referencia

Los fundamentos numéricos y la validación de code_saturne se describen en varias publicaciones científicas revisadas por pares:

• Archambeau, F.; Méchitoua, N.; Sakiz, M. (2004). «Code_saturne: A finite volume code for the computation of turbulent incompressible flows – Industrial applications». International Journal on Finite Volumes 1 (1). 
• Fournier, Y.; Bonelle, J.; Moulinec, C.; Shang, Z.; Sunderland, A.G.; Uribe, J.C. (2011). «Optimizing Code_Saturne computations on Petascale systems». Computers & Fluids 45 (1): 103-108. doi:10.1016/j.compfluid.2011.01.028. 

Disponibilidad

code_saturne funciona en Linux y Unix. Está disponible como paquetes precompilados para distribuciones como Debian y Ubuntu, mediante imágenes de contenedores (Docker, Singularity), o compilando desde el código fuente disponible en el sitio web oficial.

También se proporcionan binarios precompilados e imágenes de contenedores Singularity (.sif) y Docker a través de la plataforma Open Simulation Center, facilitando el despliegue en estaciones de trabajo o entornos de computación de alto rendimiento.

En Windows, el software puede utilizarse a través del Subsistema de Windows para Linux.

Software comparable

Software	Licencia
OpenFOAM	GPL
SU2	GPL
ANSYS Fluent	Propietaria
ANSYS CFX	Propietaria
STAR-CCM+	Propietaria

Véase también

• code_aster
• SALOME
• Dinámica de fluidos computacional
• OpenFOAM
• Método de los volúmenes finitos

Enlaces externos

• Sitio web oficial
• Code_Saturne en EDF
• code_saturne en GitHub