Snas3D: Software zur Strömungssimulation

Das Softwarepaket ermöglicht es komplexe Strömungssimulationen auf dreidimensionalen strukturierten Netzen sehr effizient durchzuführen. Die Netze können dabei aus einer beliebigen Anzahl von Blöcken bestehen. Das Softwarepaket setzt sich zusammen aus einem allgemeinen Programm zur Lösung der Euler und Navier-Stokes Gleichungen auf stationären, wie auch auf bewegten (oder deformierenden) Netzen. Weiterhin enthält es Werkzeuge für eine optionale Vorbehandlung der Rechennetze, Generierung der Anfangslösung, sowie zur Bereitstellung von Visualisierungsdaten. Die Ergebnisse einer Strömungssimulation können mit Hilfe der freien Software Paraview, bzw. des kommerziellen Programms Tecplot grafisch dargestellt werden.

Hauptmerkmale:

Finite Volumen, zell-zentrierte Formulierung mit ALE Verfahren für dynamisch bewegte Netze
Räumliche Diskretisierung entweder mit Hilfe eines zentralen Schemas mit künstlicher Dissipation, oder alternativ mit dem approximativen Riemann-Lösungsverfahren nach Roe.
Zeitdiskretisierung wahlweise mit explizitem mehrstufigen Schema für stationäre Strömungen, mit klassischem expliziten Runge-Kutta Verfahren, bzw. mit impliziter dual-zeit Methode für instationäre Strömungen
Turbulenzmodellierung mit Hilfe des bewährten Spalart-Allmaras Models
Fähigkeit inkompressible, kompressible, sowie gemischte Strömungen zu simulieren, von sehr niedrigen bis zu sehr hohen Machzahlen
Konvergenzbeschleunigung mit Hilfe des Mehrgitterschemas (FAS)
Parallelisierung basierend auf MPI und Blockzerlegung
Vorbereitet für die Implementierung verschiedener Gasmodelle, sowie für die Behandlung zusätzlicher Gleichungen
Interfaces für das Empfangen, wie auch das Senden von Randdaten (inklusive der Geometrie) von/zu einem externen Programm
Funktionen um die einzelnen Netzblöcke entweder lokal oder global zu bewegen, bzw. entsprechend der Bewegung der Ränder zu deformieren

Beschreibung der eingesetzten numerischen Verfahren und der Fähigkeiten einer früheren Version von Snas3D kann dieser Veröffentlichung entnommen werden.

Zum Herunterladen:

Bieten wir ausführbare Programme des Strömungslösers und der Hilfssoftware, Beispiele von Eingabedateien, sowie das Benutzermanual für Windows 10-11 (64-bit, 1 Prozessorkern) oder für GNU/Linux Systeme (kompiliert und getestet auf Ubuntu 20.04). Die Programme sind komplett frei für nicht-kommerzielle Nutzung, bzw. zu Evaluationszwecken. Anderweitige Nutzung bedarf des Kaufs einer Lizenz. Mögliche Lizenzoptionen sind weiter unten beschrieben. Sollten Sie auf irgendein Problem mit der Software stoßen, lassen Sie es uns bitte wissen. Und falls Sie sich näher für numerische Methoden der Strömungssimulation interessieren, können wir Ihnen das weit anerkannte CFD Buch empfehlen.

Beispiele von Strömungssimulationen (Netze, Eingabedateien):

Reibungsfreie transsonische Strömung in einem Kanal mit kreisförmiger Erhebung, dazu verschiedene Netze (auf fürs Mehrgitter): channel.zip
Laminare Unterschallströmung in einem Turbinenleitgitter: aavane.zip
Turbulente transsonische Strömung um den ONERA M6 Flügel: onera_m6.zip

Ein weiteres freies Tool ermöglicht die Generierung von dreidimensionalen Netzen des H-Typs (mit oder ohne Grenzschicht) für axiale Kompressor- oder Turbinenschaufeln: thg3d.zip (für Windows 10-11) oder thg3d_linux.tgz (für GNU/Linux). Dieses Tool wurde genutzt um das Netz für das Turbinenleitgitter zu erzeugen. Für andere, oder komplexere Strömungssimulationen, empfehlen wir Ihnen auf die kommerzielle Netzgenerierungssoftware von Pointwise zurückzugreifen.

Lizenzierung:

Für eine kommerzielle Nutzung der Simulationssoftware, oder für deren weitergehende Anwendungen, bieten wir die folgenden Lizenzoptionen an:

Ausführbare Programme inklusive MPI für parallele Anwendungen (GNU/Linux), ein Jahr freie Updates und E-Mail Unterstützung.
Wie oben, jedoch zusätzlich mit dem Strömungslöser als Softwarebibliothek. Dies würde es Ihnen ermöglichen den Strömungslöser von einem externen Programm aufzurufen, die Randbedingungen während des Laufs zu ändern, sowie die Bewegung bzw. Deformation der Ränder zeitabhängig vorzugeben.
Quellcode aller Programme des Softwarepakets für die ultimative Kontrolle der Simulationssoftware, Möglichkeiten von Erweiterungen, oder für Lernzwecke.

Fragen Sie uns doch einfach nach einem Angebot für die von Ihnen bevorzugte Option. Bei Bedarf können wir auch eine spezielle Vereinbarung zur Nutzung der Software mit Ihnen treffen.

Beispiel 1: Turbinenleitschaufel

Daten für diesen Testfall wurden entnommen aus: Zeschky, J.: Experimentelle Untersuchung der dreidimensionalen reibungsbehafteten Rotorströmung einer axialen Kaltluftturbine. Doktorarbeit an der RWTH Aachen, Deutschland, 1991. Die folgenden Bilder zeigen das H-Netz mit 160x48x48 Zellen, den (instationären) Konvergenzverlauf, die Strömung innerhalb des Kanals, sowie abschließend einen Vergleich mit experimentellen Daten (auf halber Höhe):

Beispiel 2: ONERA M6 Flügel

Die nachfolgenden Bilder zeigen die Ergebnisse einer Strömungssimulation mit Snas3D für den ONERA M6 Testflügel. Es handelt sich um eine transsonische, turbulente Strömung um einen Flügel mit 30° Pfeilung. Die Anströmmachzahl beträgt 0,8395, der Anstellwinkel 3,06° und die Reynoldszahl 11,72 Millionen:

Beispiel 3: Feststoff Raketentriebwerk

Das Video zeigt eine Simulation der Zündung und des Ausbrennens eines kleinen Feststoff-Raketentriebwerks. Die Zeitgenaue Strömungssimulation wurde auf einem dreidimensionalen Netz, bestehend aus 128 Blöcken mit insgesamt 220'416 Zellen durchgeführt. Das Rechennetz expandiert mit dem Abbrand des festen Treibstoffs:

Dies ist eine der Strömungssimulationen, die in der oben erwähnten Veröffentlichung beschrieben sind.