Code_Saturne est un code de CFD open source développé par EDF et distribué sous licence GNU GPL depuis 2007. Il est utilisé par EDF dans de nombreuses applications allant de la sûreté des centrales nucléaires à la recherche sur le futur mix énergétique. Il est également un logiciel de référence dans le projet Européen PRACE..

Connaissez-vous le point commun entre :

  • le circuit primaire d’une centrale nucléaire,
  • des éoliennes,
  • la qualité de l’air,
  • un incendie,
  • et des vagues ?

La réponse est la mécanique des fluides et la capacité de Code_Saturne à simuler les phénomènes physiques associés. 

 

UN LOGICIEL DE RÉFÉRENCE

Code_Saturne, et son extension diphasique Neptune_CFD, sont deux solveurs en mécanique des fluides développés par la R&D depuis plus de 20 ans. 

Ces solveurs simulent les écoulements de fluides, en résolvant numériquement les équations de Navier-stokes à une échelle très fine. Pour ce faire, l’espace est découpé en tous petits volumes, ce qui permet de connaître l’évolution temporelle de la vitesse, de la pression, de la température ou des compositions des fluides à chaque point de l’espace. 
 
500 ingénieurs et chercheurs utilisent Code_Saturne 
  
Ces solveurs peuvent être utilisés dans de nombreuses applications incluant les écoulements stationnaires ou instationnaires, laminaires ou turbulents, isothermes ou non, incompressibles ou faiblement dilatables en 2D, 2D axisymétriques et 3D. Il est également possible d'ajouter la résolution d'une équation de transport pour un scalaire passif ou actif. 
Ces solveurs sont basés sur une approche Volumes Finis co-localisés qui accepte des maillages de tout type (structuré, structuré par bloc, non structuré, hybride, conforme, non conforme...) et contenant tout type d'élément (tétraèdre, hexaèdre, pyramide, polyèdre quelconque...).


 


 

LES PHÉNOMÈNES PRIS EN COMPTE ?

Les phénomènes pris en compte sont les phénomènes liés aux changements de phase :
- les mélanges eau-vapeur comme dans les générateurs de vapeur 
- ou eau-air comme dans les canaux qui alimentent les circuits de refroidissement
Les réactions chimiques peuvent également être prises en compte. 

Ces codes ont été créés initialement pour étudier la sûreté des installations nucléaires d’EDF. Lorsqu’une centrale nucléaire est en fonctionnement, de l’eau s’écoule dans les différents circuits, dans des tuyaux, des pompes, des échangeurs.  Cette eau circule à des pressions et températures très importantes. 

Aujourd’hui, ce sont de véritables boîtes à outils au service de différents métiers du groupe. Les capacités de code_saturne et neptune_CFD ont déjà été mises à profit pour :
- Etudier des fermes éoliennes pour mieux comprendre l’interaction entre les différentes éoliennes et ainsi optimiser l’installation pour une production maximale, 
- Estimer les efforts qui s’exercent sur des structures solides comme des pâles de turbines ou les vibrations de tuyaux, 
- Aider un hôpital parisien à dimensionner des solutions innovantes afin de mieux protéger ses patients grand-brûlés des infections aéro-portées, 
- Apporter un conseil quant à certains choix d’urbanisation, afin d’améliorer la qualité de l’air de nouveaux quartiers en étudiant la dispersion de polluants dans l’air.

Code_Saturne contient de nombreux modèles de turbulence, que ce soit avec l’approche moyennée au sens de Reynolds (RANS) ou la simulation aux grandes échelles (LES). Il inclut également différents modules permettant de modéliser de nombreuses physiques comme :
  • le transfert de chaleur entre le fluide et le solide par le couplage avec le code de thermique solide SYRTHES
  • les écoulements dans les turbomachines (rotor/stator)
  • la magnéto-hydrodynamique, avec prise en compte de l’effet joule pour modéliser les arcs électriques
  • le transfert radiatif en milieu semi-transparent
  • les incendies
  • les écoulements compressibles
  • les écoulements atmosphériques
  • les écoulements polyphasiques (approche Euler/Lagrange avec couplage inverse)
  • la combustion du gaz, du charbon et du fuel lourd



Le caractère généraliste de ces outils permet ainsi de traiter des écoulements gazeux, liquides, avec ou sans particules en suspension. 
Là où des fluides sont en mouvement, ces outils peuvent vous aider ! 
 

COUPLAGE ET HPC

Et si vous souhaitez prendre en compte des phénomènes physiques supplémentaires ? Code_Saturne et Neptune_CFD peuvent être couplés facilement avec d’autres outils afin de produire des simulations multiphysiques riches ! 

Code_Saturne peut être couplé avec d'autres codes mais également avec lui-même (pour les interactions Rotor/Stator, les couplages RANS/LES...). Par exemple, il peut être couplé avec le code de thermique SYRTHES ou le code de mécanique Code_Aster. 

En parallèle nos outils évoluent constamment afin de toujours mieux répondre aux besoins, enrichir leur capacité et simplifier leur prise en main.

Code_Saturne est déjà utilisé de manière intensive sur des machines HPC (CCRT, IBM Blue Gene, HECToR (EPCC)...). Il contient des schémas de partitionnement classiques (METIS, SCOTCH or internal Morton space-fillingcurve) associé avec toutes librairies MPI 1.2 ou MPI 2.x compatibles.