Code Saturne
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:
Formatos de salida (postprocesamiento):
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:
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.
