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code_saturne の概要とインストール方法

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code_saturne の概要

code_saturne はフランス電力公社（EDF）が中心となって開発しているオープンソースの 汎用 CFD （数値流体力学）ソフトウェア です．産業規模の複雑な流れから教育・研究用途まで幅広く使われており，GNU GPL ライセンスのもとで無料利用できます．以下に特徴を整理します．

基本概要

  • 種類：汎用 CFD ソルバー
  • 言語：Fortran 90 / C / Python
  • ライセンス：GNU GPL
  • 対応 OS ：Linux 系

計算手法

  • 有限体積法（FVM）をベースとした一般座標系メッシュ
  • 直交格子，非構造格子に対応
  • 並列計算（MPI, OpenMP）による HPC 対応
  • アダプティブな時間積分

入出力・前後処理

  • 前処理：Salome, Gmsh, その他のメッシュ生成ツールと連携
  • 後処理：ParaView, Visit で可視化
  • 入出力フォーマット：MED, CGNS, など標準形式に対応

特徴と利点

  • 完全オープンソースで商用 CFD ソフト（ANSYS Fluent, STAR-CCM+ 等）に匹敵する機能を持つ
  • EDF の大規模シミュレーションで培われた実績
  • モジュール構造によりユーザーが独自の物理モデルや境界条件を追加しやすい
  • Python インターフェースにより自動化や外部コード連携が容易

code_saturne のインストール方法

ここでは，WSL2 上での code_saturne インストール手順を紹介します．なお，以下の手順は公式ドキュメント（https://github.com/code-saturne/code_saturne/blob/master/INSTALL.md
）を参考にしています

WSL2 の準備

  1. PowerShell で WSL2 を有効化（既に導入済みであればスキップ可能）
    Windows に Linux 環境（WSL2）をインストールします．
wsl --install
  1. Ubuntu 20.04 か 22.04 をインストールする
    以下のコマンドで Ubuntu 20.04 または 22.04 があることを確認する
wsl --list --online

以下のコマンドで Ubuntu-22.04 を導入
"-d" は「ディストリビューションを指定してインストール」の意味です．

wsl --install -d Ubuntu-22.04

必要パッケージのインストール

update でパッケージリスト更新，upgrade で既存パッケージを最新版にします．

sudo apt update && sudo apt upgrade -y

ビルド基盤（Autotools など）
C/C++/Fortran のコンパイラやビルドツール群，git（ソース取得用），doxygen（ドキュメント生成）を導入します．

sudo apt install -y build-essential gfortran \
  autoconf automake libtool make pkg-config \
  git doxygen

並列・数値・I/O
並列計算用の MPI，数値計算用ライブラリ BLAS/LAPACK，高速フーリエ変換 FFTW，XML 入出力ライブラリを導入します．

sudo apt install -y libopenmpi-dev openmpi-bin \
  libblas-dev liblapack-dev libfftw3-dev \
  libxml2-dev

推奨の入出力/分割ライブラリ
大規模 CFD 計算でよく使うファイル形式（HDF5, CGNS）や領域分割ライブラリ（Scotch, METIS）を導入します．

sudo apt install -y libhdf5-dev libcgns-dev \
  libscotch-dev libptscotch-dev libmetis-dev

GUI（PyQt5）※GUI不要なら省略可
Python3 と PyQt5（GUI フロントエンド用）を導入します．WSLg か X サーバ環境があれば GUI を起動できます．

sudo apt install -y python3 python3-dev python3-pip \
  python3-pyqt5 pyqt5-dev-tools

Git からソースの取得

  • git clone --recursive : サブモジュールを含めて取得
  • ./sbin/bootstrap : Git から取得したソースをビルド可能な形に初期化
cd ~
git clone --recursive https://github.com/code-saturne/code_saturne.git
cd code_saturne
./sbin/bootstrap

ビルド用・インストール用ディレクトリ

「ソース」「ビルド」「インストール」で分けることが推奨されています．
~/code_saturne_install に最終的な実行ファイルが入ります．

mkdir -p ~/code_saturne_build/prod
mkdir -p ~/code_saturne_install
cd ~/code_saturne_build/prod

インストール

  • configure : 必要なライブラリをチェックし，ビルド設定を生成
  • make -j$(nproc) : 利用可能な CPU コア数で並列コンパイル
  • make install : 指定したインストール先（--prefix）に配置
../../code_saturne/configure --prefix=$HOME/code_saturne_install
make -j"$(nproc)"
make install

パス設定 & 動作確認

code_saturne 実行ファイルへのパスを通し，ターミナルから直接使えるようにします．

echo 'export PATH=$HOME/code_saturne_install/bin:$PATH' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

以下のコマンドでインストールの完了を確認できます．コマンドの一覧が表示されれば成功です．

code_saturne --help

GUI 起動（WSLg か X サーバ環境で）

code_saturne gui

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