Aerodynamics

Aerodynamics est un logiciel libre de simulation 3D d’écoulements turbulents compressibles et incompressibles. Le logiciel Aerodynamics utilise les modèles suivants :

• RANS : Reynolds Averaged Navier-Stokes

Ce sont des modèles de turbulence statistiques qui permettent de calculer la partie moyenne d’un écoulement turbulent.

• RSM–GLVY

C’est un modèle RANS qui permet de faire des calculs très rapides. Cependant, il ne calcule que la partie moyenne de l’écoulement, rendant donc impossible l’accès aux grandeurs instationnaires (indispensables pour l’aéroacoustique, par exemple).

• RANS/LES

Ce sont des modèles hybrides permettant d’allier la rapidité des modèles RANS à la précision des modèles LES (Large Eddy Simulation), ce qui rend possible l’accès à toutes les grandeurs moyennes et instationnaires de l’écoulement.

• DNS : Direct Numerical Simulation

Cette méthode résout des équations de Navier-Stokes de manière exacte, et permet d’avoir accès à toutes les grandeurs moyennes et instationnaires de l’écoulement. Malgré tout, l’inconvénient est que cette méthode a besoin de maillages spatiaux et temporels tellement fins que seules des configurations académiques peuvent être simulées.

Applications de recherche :

Tout type d’écoulement d’air compressible ou incompressible dans des configurations internes ou externes. Comparaison calculs/mesures des profils de vitesse au bord de fuite d’un profil d’aile et simulation d’une entrée d’air générique d’un avion.

Basilisk est un code pour la simulation d’écoulements multiphasiques, incompressibles ou compressibles, avec tension de surface, de fluides newtoniens ou non-newtoniens, ou d’électro hydrodynamique.

Le code Basilisk permet de résoudre des équations différentielles partielles, modélisant des écoulements de fluides, sur des maillages cartésiens adaptatifs.

Il est pressenti pour devenir la nouvelle version de Gerris. Ainsi, Basilisk est plus rapide et plus simple à programmer pour les utilisateurs, et permet d’incorporer plus de solveurs pour la résolution de systèmes d’équations aux dérivées partielles sur des maillages adaptatifs hiérarchiques, tout en étant massivement parallèle.

FLHOWARD3D est un logiciel qui permet la simulation numérique de la propagation d’ondes de choc acoustiques dans un milieu 3D hétérogène. Les hétérogénéités du milieu de propagation peuvent être dues à des gradients de vitesse du son ou à la présence d’écoulements cisaillés ou non.

Applications de recherche :

• Le logiciel est principalement utilisable pour simuler la propagation d’ondes dans l’atmosphère dues à des sources anthropiques, comme la détonation balistique des avions supersoniques (bang sonique) ou le Buzz Saw Noise, ou naturelles comme le tonnerre. Mais le logiciel FlHoward peut aussi s’appliquer au contrôle non destructif ou encore pour la prédiction numérique des ultrasons médicaux.

• Le logiciel a été appliqué notamment pour quantifier la variabilité du bang sonique d’une configuration d’avion hypersonique (Mach 5, projet européen ATLLAS II) en atmosphère turbulente. Les simulations nécessitant de l’ordre de 1012 degrés de liberté, justifient pleinement le recours au calcul HPC sur cluster.

Partant d’une équation des ondes acoustiques non linéaires étendue au cas d’un écoulement atmosphérique stratifié et turbulent valable dans la couche limite planétaire, une formulation de type « one-way » négligeant le champ rétrodiffusé a été implémentée numériquement sous forme massivement parallèle.

Freefem++ est un logiciel de résolution d’équations aux dérivées partielles par la méthode des éléments finis, adapté à la résolution des phénomènes multi-physiques non linéaires en 2D et en 3D.

• Couplages standards : fluide + structure, structure + chaleur, fluide + chaleur,
• Couplages complexes : piezo-électricité + structure + diélectrique + chaleur, structure + chaleur + électromagnétisme.

Freefem++ utilise un langage utilisateur naturel, afin de cacher la partie informatique profonde, ce qui en facilite l’apprentissage et l’utilisation.

L’utilisateur a accès à l’algorithme et aux variables, et peut donc mieux maitriser le couplage des phénomènes physiques.

C’est un logiciel adapté au calcul parallèle, et qui a résolu des systèmes à plus d’un milliard d’inconnues en 3 minutes sur la machine Curie Thin Node@CEA (6144 coeurs de 4Go de mémoire chacun).

Gerris est un code open source (licence GPL) de simulation numérique d’écoulements multiphasiques incompressibles par méthode VoF sur maillages adaptatifs hiérarchiques. Le code Gerris permet de résoudre des équations à dérivées partielles décrivant les écoulements de fluides, et qui peuvent avoir les caractéristiques suivantes :

• Équations de Navier-Stokes, Stokes, d’Euler (densité variable, incompressible et dépendant en temps)
• Équations linéaires et non linéaires en eau peu profonde
• Méthodes numériques du second-ordre en espace et en temps

Les points forts de Gerris sont :

• Raffinement adaptatif du maillage : la résolution locale du maillage est adaptée de manière dynamique aux caractéristiques de l’écoulement
• Génération de maillage de manière entièrement automatique pour les géométries complexes
• Implémentation flexible de modèles additionnels définis par l’utilisateur : rhéologies, modèles de turbulence, termes réactifs, etc.
• Résolution parallélisable en utilisant les méthodes MPI (Message Passing Interface), équilibrage dynamique de la charge, visualisation parallèle hors ligne
• Procédé d’advection de volume de fluide (VOF) pour les écoulements interfaciaux
• Modélisation précise de la tension de surface
• Modélisation de phénomènes électro-hydrodynamiques : cônes de Taylor, électro-atomisation

D’autres applications de Gerris : http://gfs.sourceforge.net/wiki/index.php/Bibliography

HPDDM est une application efficace de plusieurs méthodes de décomposition de domaines, comme la méthode restrictive additive de Schwarz à un ou deux niveau(x), la méthode de déchirement et d’interconnexion d’éléments finis (FETI – Finite Element Tearing and Interconnecting), et la méthode équilibrée de décomposition de domaine (BDD – Balancing Domain Decomposition).

Ces méthodes peuvent être améliorées avec des vecteurs de déflation calculés automatiquement par le cadre en utilisant :

• Problèmes de valeur propre généralisés sur le chevauchement (GenEO – Generalized Eigenvalue problems on the Overlap)
• Opérateurs locaux de Dirichlet-Neumann

Ce code s’est révélé être efficace pour résoudre différents problèmes elliptiques tels que les équations de diffusion scalaire, d’élasticité linéaire, mais aussi les problèmes de domaine fréquentiel comme l’équation de Helmholtz.

A large-scale method to predict protein-protein interfaces based on sequence and structure information.

JET2 is a new method for accurately predicting protein-protein interfaces. It uses three sequence- and structure-based descriptors of protein residues: evolutionary conservation, physico-chemical properties and local geometry. Appropriate combination of these descriptors yields very precise predictions for a wide range of protein-protein interfaces and discriminates them from small-molecule binding sites. Beyond its predictive power, the approach permits to dissect the interaction surfaces and unravel their complexity.

The predictions reported in JET2 Viewer are expected to help the users to foster new strategies for protein-protein interactions modulation in their systems and for interaction surface redesign.

MMG est une suite logicielle de maillage et de remaillage adaptatif qui se décline en trois composants :

• mmgs : adaptation/optimisation d’une triangulation de surface, discrétisation d’un isolateur de fonction scalaire,
• mmg2d: adaptation/optimisation d’une triangulation 2D, génération d’une triangulation à partir d’un ensemble de points ou à partir d’un ensemble d’arêtes bordant un domaine du plan,
• mmg3d: adaptation/optimisation du maillage d’un volumique, maillage d’un domaine décrit par une surface implicite (isovateur).

PARIS Simulator est un logiciel open source (licence GNU GPL) pour la résolution d’écoulements multi-phasiques (CMFD), et simule des écoulements de fluides interfaciaux : gouttes, bulles, vagues

PARIS Simulator combine :

• Une méthode de modélisation de fluide à surface libre (Volume-Of-Fluid) qui localise et suit la surface libre (interface fluide-fluide), avec un maillage qui s’adapte à l’évolution de la forme de l’interface.
• Une méthode de Front-Tracking qui suit explicitement la surface libre par des marqueurs connectés, et traite les différentes phases (liquide, gaz) comme un seul fluide avec des propriétés physiques variables. Les équations de Navier-Stokes sont résolues par une méthode conventionnelle de volume fini sur un maillage fixe et structuré.

Dans sa version VOF, le logiciel utilise la méthode de fonction de hauteur (Height-Function) combinée avec la Balanced Continuous Surface Force pour calculer les forces de tension capillaire de surface. Il simule des écoulements complexes, comme des jets d’atomisation rapide ou les écoulements multiphasiques dans les roches à l’échelle des pores, et a une option de particules ponctuelles lagrangiennes.

PARIS Simulator est écrit en Fortran 90/95/2003, et est massivement et parallélisable (testé et efficace jusque à 30.000 cœurs) en utilisant la librairie MPI (Message Passing Interface) et la décomposition de domaines.

Tinker-HP est l’évolution massivement parallèle et Haute Performance du logiciel de modélisation moléculaire Tinker, et permet ainsi de :

• simuler le phénomène de docking moléculaire en utilisant une méthode de nouvelle génération, dite « polarisable » (se dit lorsqu’une molécule s’adapte à son environnement, en se déformant au contact d’une protéine),
• calculer l’énergie de liaison,
• prédire l’efficacité d’un médicament, en prédisant les affinités d’une molécule sur une protéine.

Cette version de Tinker permet de traiter des molécules possédant plusieurs millions d’atomes et a été conçue pour utiliser de manière optimale plusieurs milliers de cœurs.

De ce fait, Tinker-HP accélère les temps de calcul d’un facteur 10.000 (septembre 2017) par rapport aux méthodes logicielles standards du secteur pharmaceutique sur SAMPLE 4 (standard de molécules de l’industrie pharmaceutique pour mesurer la vitesse de simulation des logiciels).