驼鹿（软件）
 | |
 驼鹿吉孔孔
| |
| 原始作者 | 德里克·加斯顿（Derek Gaston） |
|---|---|
| 开发人员 | 爱达荷州国家实验室和贡献者 |
| 初始发行 | 2008年6月10日 |
| 作业系统 | Linux ， Mac OS X ， Unix |
| 可用 | C ++ |
| 类型 | 有限元分析 |
| 执照 | LGPL |
| 网站 | MOOSEFRAMEWORK .INL .GOV |
Moose （多物理学面向对象的模拟环境）是面向对象的C ++有限元框架，用于从爱达荷州国家实验室开发紧密耦合的多物理求解器。 Moose利用PETSC非线性求解器包和LibMesh提供有限的元素离散化。
驼鹿的一个关键设计方面是将弱形式残留方程分解为单独的术语，这些术语每个用计算内核表示。这些内核与描述要解决的问题的完整残留物的组合是在运行时执行的。这允许修改诸如切换机制和不重新编译的新物理学的添加。 Moose提供了广泛的内核库，可为固体力学， Navier-Stokes方程，相位模型等提供残留术语。
驼鹿使用VTK可视化。
背景
自2008年5月以来，爱达荷州国家实验室（INL）的驼鹿的开发导致了一种独特的计算工程方法，该方法将计算机科学与强大的基础数学描述相结合，以独特的方式，使科学家和工程师可以在一个中开发工程模拟工具。先前需要的时间的一部分。驼鹿的心脏是内核。内核是“物理学”。为了将新物理学添加到使用驼鹿构建的应用程序中，所需的只是提供描述方程离散形式的新内核。通常将内核视为数学运算符，例如laplacian或部分微分方程（PDE）中的对流术语。内核可以交换或耦合在一起以实现不同的应用程序目标。这些内核现在数百个，使科学家或工程师可以迅速开发应用程序。
对于新应用程序，选择现有的内核，或根据需要进行修改，并在“插入”中进行“插入”。反对-反应方程是相同的数学形式，无论其用于哪种应用程序。通常，仅需要定义系数或对其他物理学的依赖性的形式；很少必须从头开始构建完整的内核。使用驼鹿，科学家或工程师（应用程序开发人员）只需要内核开发。 Moose旨在为应用程序开发人员做其他所有操作，例如PDE，非线性求解器和并行高性能计算的有限元离散化。
爱达荷州土着动物物种之后命名基于驼鹿的应用的想法是基于洛斯阿拉莫斯国家实验室的1970年代 - 1990年代的方法，以在美国原住民部落和文物（例如Apache，conchas和Kiva代码系列）命名其代码的方法。 。现在，有20多种基于驼鹿的应用动物在各个发展阶段，从最近获得初步结果到被全国认可为最先进的工作（例如野牛和摩根摩托马特的燃料性能建模和仿真活动）。
描述
驼鹿是用于解决多种物理模型或多种同时物理现象的多物理系统解决方案的开发和运行时间环境。系统通常表示（建模）作为完全耦合的非线性偏微分方程系统的系统（多物理系统的一个示例是对中子横截面的热反馈效应，其中横截面是传热的功能）。内部驼鹿，无雅可比亚的牛顿·克里洛夫（JFNK）方法被实现为平行的非线性求解器，该求解器自然支持物理方程系统（或内核）之间的有效耦合。物理核的设计旨在有助于非线性残留物，然后将其最小化。 Moose提供了一组有限元支持功能（LIBMESH），并提供了网格适应和并行执行。该框架大量利用能源部（DOE）和国家核安全管理局（NNSA）的软件库，例如在便携式，可扩展的科学计算工具包（ PETSC ）项目或Trilinos项目中的非线性求解器功能。
麋鹿（扩展核心库）
麋鹿是通用内核，边界条件和材料基类别的库。
牛（还有另一个内核）
牛是一个共同行动，内核，边界条件和材料基类的图书馆，用于辐射运输应用。 YAK目前与响尾蛇（多组辐射SN传输），Pronghorn（多组扩散）和Critter（多长度尺度温度反馈）相关。
申请
野牛
野牛是第一个基于驼鹿的应用“动物”，是适用于各种燃料形式的有限元核燃料性能代码，包括轻水反应堆燃料棒， Triso燃料颗粒以及金属棒和板燃料。它解决了热力学和物种扩散的完全耦合方程式，并包括重要的燃料物理，例如裂变气体释放和材料特性降解随燃烧而降解。野牛基于驼鹿框架，因此可以使用标准工作站或大型高性能计算机上有效解决二维轴对称或三维几何形状的问题。可塑料材料实施了可塑性，辐照生长以及热和照射蠕变模型。还可以使用模型来模拟间隙传热，机械接触以及质量，气温和裂变气体的差距/全体压力的演变。野牛还与基于驼鹿的中尺度相位材料属性模拟能力耦合。
马莫特
Marmot是一种基于有限的基于元素的相位场代码，用于建模辐射诱导的微结构演化。 Marmot预测了辐射损伤对微结构演化的影响，包括空隙成核和生长，气泡生长，晶界迁移以及气体扩散和隔离。相位场方程可以与麋鹿的热传导和固体力学结合，以考虑温度和应力梯度对进化的影响。此外，Marmot计算微结构演化对各种体积材料特性的影响，包括导热率和孔隙率。一旦计算出大量特性，就可以将它们传递给野牛进行燃料性能模拟。在混合代码的BARMOT中实现了Marmot和Bison之间的这种耦合。
鹘
正在开发猎鹰，以模拟水热和工程地热系统（EGS）储层中紧密耦合的流体岩石行为，以单个集成代码中的裂缝刺激，流体流动，岩石变形和热传输的动态，以单个集成代码为目标。提供一种可以用于测试美国和全球EGS生存能力的工具的最终目标。 EGS系统的可靠储层性能预测需要耦合的热溶质机械过程的准确，可靠的建模。通常，使用操作员分裂方法解决这些类型的问题，通常是通过将地下流量和热传输模拟器与实心力学模拟器耦合通过输入文件来解决。 Falcon消除了使用操作员拆分方法模拟这些系统的需求，并且驼鹿支持的应用程序的可伸缩性允许在储层量表上模拟这些紧密耦合过程，从而可以整体检查系统（通常无法拆分方法）做）。
鼠
已经开发了反应性转运（大鼠）来解决地下多孔培养基中的反应性转运问题，该介质涉及流体流动，溶质转运，生物地球化学反应和培养基- 溶液相互作用的高度非线性耦合物理过程。这些问题在各种地下工程系统中很常见，例如工程环境修复，增强的地热系统和二氧化碳地质隔离。 Currently, the physics that could be coupled in RAT include: single-phase fluid flow in porous media, advection , dispersion and diffusion transport, aqueous kinetic reaction, aqueous equilibrium reaction, kinetic mineral precipitation/dissolution reaction, and Carmen-Kozeny porosity-permeability关系。
该软件不应与反应堆分析工具（大鼠）混淆，该工具是基于根和Geant4的工具包，用于用于中微子和暗物质实验中使用的闪烁检测器的微物理模拟，包括Braidwood，SNO+和DEAP-3600。
复发7
Relap-7是Relap安全/系统分析应用程序系列中的下一代工具，它基于Moose开发和运行时环境框架。 Relap-7将保留并提高Relap5的基本分析能力。这四个主要改进是1）相对于在Relap5中发现的过时的六个方程式两相模型（液体，气体和界面压力）与过时的六个方程式流量模型（非物理混合声速度）相比; 2）改进的数值近似值，导致空间和时间的二阶精度与Relap5中的一阶近似值相比； 3）在长时间瞬变中，隐式紧密耦合的时间整合，例如为全生命燃料周期评估提供植物行为； 4）能够轻松地与其他程序中开发的多维核心模拟器（NEAMS，CASL，ATR LEP）相结合的能力。
pronghorn
Pronghorn最初是为了模拟气冷卵石床VHTR概念而开发的。 Pronghorn的当前功能包括瞬态和稳定的多孔流体流量和固态热传导，并具有标准的多组扩散模型（即，固定源，关键性和时间依赖性）。最近添加的功能包括用于关键性问题的非线性加速度方案，以及用于棱柱反应堆概念的简单热流体模型。未来的功能将包括更先进的多相流类型的模型（研究热边界层效应）和辐射传输模型。物理可以用前体和绝热热反馈模型在三维笛卡尔（X，Y，Z）或圆柱形（ R，Q，Z ）空间中解决。该代码已针对PBMR400基准问题进行了验证。使用pronghorn，已经为卵石床和棱柱形和棱柱形的气冷冷却反应堆和简单的热中性次数耦合LWR基准问题的热流体/中子进行了杆射击模拟。
特征
- 完全耦合，完全隐式的多物理求解器
- 维度独立物理
- 自动平行（最大运行> 100,000 CPU内核）
- 模块化开发简化了代码重复使用
- 内置网状适应性
- 连续和不连续的Galerkin（DG）（同时）
- 雅各比矩阵计算的前模式自动差异
- 直观平行的多尺度解决（请参见下面的视频）
- 维度不可知论，并行几何搜索（用于接触相关的应用程序）
- 灵活的，可插入的图形用户界面
- 〜30可插入的接口允许专业化解决方案的每个部分