Aphros

<img src="https://yellow-cdn.veclightyear.com/835a84d5/e15d1c08-243f-4174-aed2-e608a24f91ac.png" width=300 align="right">

适用于不可压缩多相流体的有限体积求解器，包含表面张力。

主要特点：

• 使用C++14实现
• 可扩展到数千个计算节点
• 基于SIMPLE或Bell-Colella-Glaz方法的流体求解器
• 使用PLIC体积流体法进行平流
• 在低分辨率下精确的曲率估计粒子方法 [演示] [4]
• 用于可扩展合并预防的Multi-VOF [演示] [8] [11]

交互式模拟展示库

<img src="https://yellow-cdn.veclightyear.com/835a84d5/f7e5d70f-32ab-4f8d-bf33-33a507da66b6.jpg" width=120>	<img src="https://yellow-cdn.veclightyear.com/835a84d5/0347846b-5bb1-453f-93e9-3952f50fd6d9.jpg" height=120>	<img src="https://yellow-cdn.veclightyear.com/835a84d5/7efec2d9-a67d-41cb-a387-0437a8bd13bb.jpg" height=120>	<img src="https://yellow-cdn.veclightyear.com/835a84d5/69d648e0-0b93-4caf-8d8f-761dd3a4f412.jpg" height=120>	<img src="https://yellow-cdn.veclightyear.com/835a84d5/db2d8807-4caa-47ce-bcb5-e3d2c2ee6dd2.jpg" height=120>
展示库wiki	曲率	Multi-VOF	电化学	解析器

文档

在线文档和PDF由doc/sphinx生成。

默认参数列在deploy/scripts/sim_base.conf中。

需求

C++14, CMake

可选依赖： MPI, 并行HDF5, python3, python3-numpy

捆绑的可选依赖： hypre, overlap, fpzip

克隆和构建

git clone https://github.com/cselab/aphros.git

首先，按照deploy/README.md准备环境并安装依赖。然后使用以下命令构建：

cd src
make

Code Ocean

Code Ocean平台托管了以下计算胶囊：

• 跨尺度计算泡沫流：从破碎波浪到微流体

该胶囊在Linux环境中构建Aphros，运行一组示例，并可视化结果。

Docker

除了在您的系统中构建代码，您还可以构建Docker容器并运行模拟示例

docker build github.com/cselab/aphros --tag aphros
cd examples/202_coalescence/standalone
./conf
docker run -v `pwd`:`pwd` -w `pwd` aphros

不使用CMake的最小化构建

在类Unix系统上不依赖其他库和测试进行构建 （APHROS_PREFIX是安装目录，USE_MPI=1、 USE_HDF=1、USE_OPENCL=1、USE_AVX=1分别用于构建MPI、并行 HDF5库、OpenCL和AVX扩展）：

cd src
../make/bootstrap
make -f Makefile_legacy install APHROS_PREFIX=$HOME/.local USE_MPI=0 USE_HDF=0 USE_OPENCL=0 USE_AVX=0

在Windows上使用Microsoft C++工具集（NMAKE、LINK和CL）：

cd src
../make/bootstrap # 需要sh和awk。
nmake /f NMakefile

视频

使用ParaView和OSPRay可视化的模拟示例。 链接[conf]指向求解器配置。

<img src="https://yellow-cdn.veclightyear.com/835a84d5/5e410b95-1600-4c4d-bb44-0c1c10cba429.jpg" height=150>	<img src="https://yellow-cdn.veclightyear.com/835a84d5/1e44b51d-f422-45a1-9d36-5ebbce4e195c.jpg" height=150>
气泡聚合 [会议] [4]	带气泡的泰勒-格林涡流 [2] [5]
<img src="https://yellow-cdn.veclightyear.com/835a84d5/334e297a-81eb-4cea-9708-d73dbb79ae38.jpg" height=150>	<img src="https://yellow-cdn.veclightyear.com/835a84d5/7a58f615-b2bb-4951-9d5e-c3dc7384a633.jpg" height=150>
气泡跳跃 [1]	电化学反应器 [会议] [9]
<img src="https://yellow-cdn.veclightyear.com/835a84d5/eada9389-ae67-4a04-99ed-c2de8eeb540b.jpg" height=200>	<img src="https://yellow-cdn.veclightyear.com/835a84d5/c3be11ea-f5b6-40c9-b86d-91bcb8d6656f.jpg" height=200>
被涡环捕获的气泡 [5]	垂直喷流 [2]
<img src="https://yellow-cdn.veclightyear.com/835a84d5/36ccea1e-9d2f-464e-9d0a-c69585f3144c.jpg" height=150>	<img src="https://yellow-cdn.veclightyear.com/835a84d5/77c19a13-5c3b-4ef5-821d-052ad270f24f.jpg" height=150>
气泡聚集 [会议] [6] [7] [11]	泡沫瀑布 [会议] [8] [11]
<img src="https://yellow-cdn.veclightyear.com/835a84d5/a627962d-cf0f-4c77-8cf4-de3988107946.jpg" height=150>	<img src="https://yellow-cdn.veclightyear.com/835a84d5/22c66edb-b7a2-4ccb-8c4d-2f434310ea52.jpg" height=45>
双分散泡沫 [会议] [11]	微流体晶体 [会议] [11]
<img src="https://yellow-cdn.veclightyear.com/835a84d5/6d9b43d2-75e0-43ad-a384-20753dab3e20.jpg" height=200>	<img src="https://yellow-cdn.veclightyear.com/835a84d5/58936b9c-3451-4c02-8751-7d2c291fe824.jpg" height=200>
LAMMPS聚合物在泰勒-格林涡流中 [会议]	气泡管优化 [10]
<img src="https://yellow-cdn.veclightyear.com/835a84d5/9b4b0299-5cf1-48b5-885b-139f6bcd7b4e.jpg" height=150>
通过网格冒泡
:---:
<img src="https://yellow-cdn.veclightyear.com/835a84d5/828ccb56-634b-4656-bcef-ed22f55747b2.jpg" height=300>
2019年APS流体运动画廊奖获奖作品<br> 破碎波浪：形成泡沫还是不形成泡沫？[6]<br> 与CSCS的Jean M. Favre合作。

开发者

Aphros由苏黎世联邦理工学院和哈佛大学的研究人员开发

• Petr Karnakov
• Sergey Litvinov

指导教授

• Petros Koumoutsakos教授

其他贡献者：Fabian Wermelinger (Cubism后端)

出版物

1. Hashemi SMH, Karnakov P, Hadikhani P, Chinello E, Litvinov S, Moser C, Koumoutsakos P, Psaltis D. 一种用于水和卤水电解的多功能无隔膜电化学反应器。 能源与环境科学. 2019 10.1039/C9EE00219G
2. Karnakov P, Wermelinger F, Chatzimanolakis M, Litvinov S, Koumoutsakos P. 结构化网格上多相湍流的高性能计算框架。 先进科学计算平台会议论文集 – PASC '19. 2019 10.1145/3324989.3325727 [pdf]
3. Karnakov P, Litvinov S, Koumoutsakos P. 气泡和液滴的合并与输运。 第10届国际多相流会议(ICMF). 2019 [pdf]
4. Karnakov P, Litvinov S, 和 Koumoutsakos P. 多相流中曲率估计的混合粒子流体体积法。 国际多相流杂志. 2020 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2020.103209 arXiv:1906.00314
5. Wan Z, Karnakov P, Koumoutsakos P, Sapsis T. 湍流中的气泡：具有历史项的数据驱动运动学模型。 国际多相流杂志. 2020 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2020.103286 arXiv:1910.02068
6. Karnakov P, Litvinov S, Favre JM, Koumoutsakos P. V0018: 破碎波浪：形成泡沫还是不形成泡沫？ 流体运动画廊奖 视频 文章
7. 瑞士国家超级计算中心2019年度报告（封面） [链接]
8. Karnakov P, Wermelinger F, Litvinov S, Koumoutsakos P. Aphros：用于大规模气泡和液滴团簇多相流的高性能软件。 先进科学计算平台会议论文集 – PASC '20. 2020 10.1145/3394277.3401856 [pdf]
9. Karnakov P. 跨尺度多相流的多层流体体积法： 破碎波浪、微流控和无隔膜电解槽。博士论文. 苏黎世联邦理工学院. 2021 10.3929/ethz-b-000547518
10. Martin SM, Wälchli D, Arampatzis G, Economides AE, Karnakov P, Koumoutsakos P. Korali：高效且可扩展的贝叶斯不确定性量化和随机优化软件框架。 应用力学与工程计算方法. 2021 10.1016/j.cma.2021.114264
11. Karnakov P, Litvinov S, Koumoutsakos P. 跨尺度计算泡沫流：从破碎波浪到微流控。 科学进展. 2022 10.1126/sciadv.abm0590

引用

如果您在工作中使用了Aphros，请考虑使用以下引用：

@article{aphros2022,
  author = {Petr Karnakov  and Sergey Litvinov  and Petros Koumoutsakos},
  title = {跨尺度计算泡沫流动：从破碎波浪到微流控},
  journal = {科学进展},
  volume = {8},
  number = {5},
  pages = {eabm0590},
  year = {2022},
  doi = {10.1126/sciadv.abm0590},
  URL = {https://www.science.org/doi/abs/10.1126/sciadv.abm0590},
  eprint = {https://www.science.org/doi/pdf/10.1126/sciadv.abm0590},
}