NSPMG : Navier-Stokes Pénalisation MultiGrille

Développeurs principaux, responsables du logiciel et de sa maintenance : Charles-Henri BRUNEAU, Khodor KHADRA

Contributeurs : Patrick FISCHER, Xiaoqiu HE

Mise à jour le 31/08/2025



DESCRIPTION

Le logiciel de Mécanique des Fluides Numérique NSPMG regroupe deux codes de calcul, une version 2D (NSPMG-2D) et une version 3D (NSPMG-3D) pour des modélisations d’écoulements autour d’obstacles (solides ou poreux) en particulier à très grand nombre de Reynolds (régime turbulent).

C’est un logiciel basé sur une Simulation Numérique Directe (DNS) des équations de Navier-Stokes sur des maillages cartésiens.

Les méthodes numériques qui y sont déployées sont :
- des schémas numériques de discrétisation temps-espace ;
- la prise en compte des obstacles par la pénalisation ;
- un solveur multigrille.

Ce logiciel propose plusieurs géométries d’obstacles prédéfinis dans les deux codes source. Toutefois si l’utilisateur souhaite intégrer sa propre géométrie, il devra suivre les recommandations décrites dans la documentation.

Les codes 2D et 3D sont parallélisés avec la bibliothèque MPI afin d’effectuer des simulations numériques sur des clusters de calcul à plusieurs milliers de cœurs avec une efficacité voisine de 1 sur des centaines de cœurs selon la taille du domaine.
 
Chaque code 2D et 3D est déployé dans plusieurs répertoires selon la nature des calculs. Une fois compilé, chaque code génère son propre exécutable en binaire. Afin d’exécuter le fichier binaire sur un ou plusieurs cœurs de calcul, il suffit que l’utilisateur renseigne au préalable un fichier de données ASCII dans lequel figure les paramètres du problème physique qu’il souhaite simuler.

Une fois les codes exécutés, des fichiers de sortie au format VTK sont générés pour le post-traitement afin de pouvoir visualiser avec un logiciel approprié les solutions du problème.

Les applications physiques sont diverses (cavité entraînée, écoulements autour de cylindres , …) et dont une majeure concerne l’étude d'écoulements turbulents autour d’un convoyage de véhicules terrestres (voitures, camions qui se suivent sur une route). Cette application scientifique est fondamentale dans le domaine de l'aérodynamique des véhicules terrestres dont le but est de réduire leur consommation d'énergie.

MOTS CLÉS : Navier-Stokes, pénalisation, multigrille, parallélisation.

Le logiciel pour les applications 2D est écrit en langage Fortran 90 et est parallélisé avec la bibliothèque MPI
Le logiciel pour les applications 3D est écrit en langage Fortran 90 et présente deux versions parallélisées, une avec la bibliothèque MPI, et l'autre hybride avec les bibliothèques MPI/OpenMP.
La documentation et les codes source du logiciel seront bientôt disponibles en opensource avec une licence de type GNU GPL


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CONTACTS

charles-henri.bruneau@math.cnrs.fr
khodor.khadra@math.u-bordeaux.fr