VSim

VSim es un marco computacional multiplataforma para multifísica, compatible con Windows, Linux y macOS. ^{[ 1 ]}

Incluye VSimComposer, una interfaz gráfica de usuario (GUI) para la configuración visual de simulaciones, compatible con la importación de geometría CAD y la construcción directa de geometría. VSimComposer permite a los usuarios ejecutar scripts de análisis de datos y visualizar los resultados en una, dos o tres dimensiones. VSim utiliza el motor de cálculo Vorpal, que se ha aplicado para simular sistemas electromagnéticos , plasmas y gases tanto enrarecidos como densos . VSim se utiliza para modelar la física básica del electromagnetismo y del plasma, formas metálicas y dieléctricas complejas, fotónica , electrónica de vacío (incluidos los efectos multipactor) , aceleración por estela láser , propulsores de plasma y plasma de fusión .

El motor de cálculo Vorpal es una herramienta de simulación diseñada para operar en espacios unidimensionales, bidimensionales o tridimensionales. Admite modos de cálculo como el modo electromagnético completo, donde utiliza el algoritmo de diferencias finitas en el dominio del tiempo ( FDTD ), y también puede trabajar con campos electrostáticos o magnetostáticos.

En Vorpal, las partículas, ya sean cargadas o neutras, pueden modelarse como un fluido o cinéticamente mediante el algoritmo de Partículas en Celda ( PIC ). El motor garantiza que estas partículas interactúen de forma coherente con los campos. Además, puede simular la interacción de partículas y campos con diversas estructuras, como conductores, absorbedores de partículas, reflectores y otras, utilizando técnicas de celdas cortadas para mantener la precisión.

El dominio computacional de Vorpal ofrece flexibilidad en las condiciones de contorno, admitiendo dominios periódicos o contornos que pueden simular un espacio infinito mediante capas perfectamente adaptadas ( PML ) u otros tipos de condiciones de contorno de onda saliente. Los datos de salida de Vorpal están en formato de datos jerárquico (HDF5) y cumplen con los estándares de VizSchema, lo que facilita su posterior análisis y visualización.

Las simulaciones se pueden configurar en el panel de configuración de VSimComposer. Se pueden importar o crear formas, asignarles materiales, añadir campos y partículas, y seleccionar algoritmos. A continuación, VSimComposer genera un archivo de entrada compatible con el motor de cálculo Vorpal.

El archivo de entrada también puede escribirse directamente. En este caso, el usuario tiene control total sobre las magnitudes físicas que se incluirán en la simulación, incluyendo un control de bajo nivel sobre los algoritmos y solucionadores. El usuario puede especificar la dinámica de las partículas como totalmente relativista, no relativista, no magnetizada u otra. En el archivo de entrada se incluyen colisiones adicionales entre electrones, iones y gases neutros (representados por fluidos o partículas), incluyendo operaciones de autodivisión y autocombinación. También se puede incluir la ionización de campo. Se pueden modelar interacciones superficiales avanzadas, incluyendo la emisión de electrones secundarios definida por el usuario, la pulverización catódica y la carga superficial. La descomposición paralela también puede especificarse manualmente para aplicaciones de alto rendimiento.

VSim se puede ejecutar desde su interfaz gráfica VSimComposer o desde la línea de comandos. La versión paralela de VSim se ejecuta en sistemas compatibles con la Interfaz de Paso de Mensajes ( MPI ). La entrada a VSim se realiza mediante archivos tipo XML que se utilizan para crear objetos de simulación. Se puede usar un preprocesador de macros basado en Python, txpp.py, para generar archivos de entrada que permiten a los usuarios configurar sus simulaciones con funciones matemáticas, sustituciones de variables, macros y bucles.

Los datos generados pueden analizarse con cualquiera de los analizadores integrados, o bien, los usuarios pueden escribir sus propios analizadores en cualquier lenguaje. Los analizadores integrados generan los datos en formato VizSchema para su visualización inmediata en el panel de visualización de VSimComposer. Para los analizadores escritos en Python, VSim proporciona el paquete VsH5, que facilita la generación de resultados en formato VizSchema.

Los archivos de salida de Vorpal se pueden visualizar en VSimComposer. Los gráficos incluyen datos de partículas, datos de campo y geometría de simulación, con recuadros para inspeccionar variaciones críticas. La visualización en VSimComposer se logra mediante la integración de la potente herramienta VisIt , que los usuarios pueden descargar para visualizaciones más específicas. El uso del paquete VsH5 junto con herramientas populares de Python como matplotlib permite crear gráficos de alta calidad listos para su publicación.