NaluCFD 介绍和使用指南

NaluCFD 介绍和使用指南

NaluCFD 简介

NaluCFD 是一个开源的计算流体动力学(CFD)求解器，由美国国家可再生能源实验室(NREL)开发。它是基于Sierra工具箱中的Nalu模块发展而来，专注于解决复杂的多物理场流动问题。

主要特点

• 开源免费：基于BSD许可证发布
• 高性能：支持大规模并行计算
• 多物理场：支持流体流动、传热、化学反应等多物理场耦合
• 可扩展性：模块化设计，易于扩展新功能
• 工业级应用：适用于风力涡轮机、建筑环境、航空航天等工程应用

安装 NaluCFD

系统要求

• Linux 系统 (推荐 Ubuntu/CentOS)
• C++编译器 (GCC/Intel)
• MPI 实现 (OpenMPI/MPICH)
• CMake (≥3.10)
• Trilinos (≥12.12)
• YAML-cpp
• Boost

安装步骤

1. 获取源代码：

   git clone https://github.com/NaluCFD/Nalu.git
   cd Nalu
   

2. 创建构建目录：

   mkdir build && cd build
   

3. 配置构建：

   cmake -DTrilinos_DIR=/path/to/trilinos \-DYAML_DIR=/path/to/yaml-cpp \-DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/path/to/install \..
   

4. 编译和安装：

   make -j4
   make install
   

使用 NaluCFD

基本工作流程

1. 准备输入文件：创建YAML格式的输入文件
2. 网格准备：生成或导入计算网格
3. 运行计算：执行Nalu可执行文件
4. 后处理：分析计算结果

示例输入文件

Problem:name: channel_flowRealm:name: realm_1mesh: channel.exoautomatic_decomposition_type: rcbequation_systems:name: theEqSysmax_iterations: 10solver_system_specification:velocity: solve_scalarpressure: solve_contsystems:- LowMachEOM:name: myLowMachmax_iterations: 3convergence_tolerance: 1.0e-5material_properties:target_name: block_1specifications:- name: densitytype: constantvalue: 1.0- name: viscositytype: constantvalue: 1.0e-3initial_conditions:- constant:target_name: block_1value:pressure: 0.0velocity: [1.0, 0.0, 0.0]boundary_conditions:- wall_boundary_condition:target_name: top_wallwall_user_data:velocity: [0,0,0]- wall_boundary_condition:target_name: bottom_wallwall_user_data:velocity: [0,0,0]- inflow_boundary_condition:target_name: inletinflow_user_data:velocity: [1.0, 0.0, 0.0]- open_boundary_condition:target_name: outletopen_user_data:pressure: 0.0solution_options:name: myOptionsturbulence_model: laminaroptions:- hybrid_factor:velocity: 1.0- limiter:pressure: novelocity: no- projected_nodal_gradient:velocity: elementpressure: elementTime_Integrators:- StandardTimeIntegrator:name: ti_1start_time: 0.0termination_time: 10.0time_step: 0.1time_stepping_type: fixedtime_step_count: 0realms: [realm_1]

运行计算

mpirun -np 4 naluX -i input_file.yaml

后处理

NaluCFD 输出 Exodus II 格式的结果文件，可以使用以下工具进行后处理：

• ParaView
• VisIt
• Ensight

高级功能

1. 湍流模型：支持RANS、LES和DES等多种湍流模型
2. 传热计算：支持传导、对流和辐射传热
3. 多相流：支持VOF和Level Set方法
4. 化学反应：支持有限速率化学反应
5. 动网格：支持刚体运动和变形网格

学习资源

• 官方文档：https://nalu-cfd.readthedocs.io/
• GitHub仓库：https://github.com/NaluCFD/Nalu
• 用户论坛：https://github.com/NaluCFD/Nalu/discussions

NaluCFD 是一个功能强大但学习曲线较陡的CFD工具，适合有一定CFD背景的用户使用。对于初学者，建议从简单的案例开始，逐步掌握其使用方法。