README.md

   1 SOLVERLAB
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   4 SOLVERLAB is a geometrical and numerical C++/Python library designed for numerical analysts who work on the discretisation of partial differential equations on general shapes and meshes and would rather focus on high-level scripting. The goal is to provide simple MATLAB style functions for the generation and manipulation of meshes, fields and matrices. The library originates from [CDMATH](http://cdmath.jimdo.com), a collaborative workgroup with the same name. It is based on the [MEDcoupling](https://docs.salome-platform.org/latest/dev/MEDCoupling/tutorial/index.html) C++/python library of the [SALOME](http://www.salome-platform.org/) project for the handling of meshes and fields, and on the C++ library [PETSC](https://www.mcs.anl.gov/petsc/) for the handling of matrices and linear solvers.
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   6 SOLVERLAB includes PDE systems
   7 arising from the modeling of nuclear reactor cores which involves fluid dynamics, heat and neutron diffusion as well as solid elasticity. It
   8 is a simple environment meant at students and researchers for teachind and promote new numerical
   9 methods on general geometries with unstructured meshes.
  10 The main research objectives of SOLVERLAB are the study of
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  12 - Numerical schemes for compressible flows at low Mach numbers on general meshes
  13 - Well balanced schemes for stiff source terms (heat source, phase change, pressure losses)
  14 - Numerical handling of flow inversion, phase disappearance and counter-currents in two phase flows
  15 - Numerical handling of stiff porosity or cross section functions
  16 - Schemes that preserve the phasic volume fraction α ∈ [0, 1]
  17 - Convergence of finite volume methods
  18 - New preconditioners for implicit methods for two phase flows
  19 - The coupling of fluid models or multiphysics coupling (eg thermal hydraulics and neutronics or thermal hydraulics and solid thermics)
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  21 The library is currently developed for linux distributions and is maintained on Ubuntu 16.04 LTS and 18.04 LTS, as well as on Fedora 24, 26, 28, 30 and 32.
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  23 Examples of use
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  25 - [Examples of stable numerical methods for the 1D linear transport equation](CDMATH/tests/doc/1DTransportEquation/RegularGrid/TransportEquation1D_RegularGrid.ipynb)
  26 - [Shock formation and numerical capture issues for the 1D Burgers' equations](tests/doc/1DBurgersEquation/BurgersEquation1D.ipynb)
  27 - [Influence of the mesh on the convergence and low Mach precision for the UPWIND finite volume method applied to the 2D wave system](CDMATH/tests/doc/2DWaveSystemVF_stationary/Convergence_WaveSystem_Upwind_SQUARE.ipynb)
  28 - [Influence of the mesh on the convergence and low Mach precision  for the CENTERED finite volume method applied to the 2D wave system](CDMATH/tests/doc/2DWaveSystemVF_stationary/Convergence_WaveSystem_Centered_SQUARE.ipynb)
  29 - [Influence of the mesh on the convergence and low Mach precision  for the STAGGERED finite volume method applied to the 2D wave system](CDMATH/tests/doc/2DWaveSystemVF_stationary/Convergence_WaveSystem_Staggered_SQUARE_squares.ipynb)
  30 - [Influence of the mesh on the convergence and low Mach precision  for the PSEUDO-STAGGERED (colocated) finite volume method applied to the 2D wave system](CDMATH/tests/doc/2DWaveSystemVF_stationary/Convergence_WaveSystem_PStag_SQUARE.ipynb)
  31 - [Finite elements for the Poisson problem on a cube in 3D (by S. Kameni Ngwamou, PhD student)](CDMATH/tests/doc/3DPoissonEF/FiniteElements3DPoisson_CUBE.ipynb)
  32 - [Finite elements for the stationary diffusion of the temperature in a 3D room. Influence of the radiator position (by S. Kameni Ngwamou, PhD student)](CDMATH/tests/doc/3DRoomCoolingEF/3DRoomCoolingEF.ipynb)
  33 - [Surface Finite elements for the Poisson-Beltrami problem on a sphere in 3D (by M. Nguemfouo, PhD student)](CDMATH/tests/doc/3DPoissonSphereEF/SynthesisConvergenceFESphere.pdf)
  34 - [Surface Finite elements for the Poisson-Beltrami problem on a torus in 3D (by M. Nguemfouo, PhD student)](CDMATH/tests/doc/3DPoissonTorusEF/SynthesisConvergenceFETorus.pdf)
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  36 Download SOLVERLAB sources to compile
  37 ----------------------------------
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  39 Create your source directory. For instance:
  40 * `mkdir ~/workspace/SOLVERLAB`
  41 * `cd ~/workspace/SOLVERLAB`
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  43 Download from GitHub
  44 * click on the following link : `https://github.com/ndjinga/SOLVERLAB/archive/master.zip`, then unzip the file in a directory SOLVERLAB-master
  45 * or type the following in a terminal : `wget https://github.com/ndjinga/SOLVERLAB/archive/master.zip`, then unzip the file in a directory SOLVERLAB-master
  46 * or clone the git repository to a folder SOLVERLAB-master:  `git clone https://github.com/ndjinga/SOLVERLAB.git SOLVERLAB-master`
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  49 Set the environment for the compilation of SOLVERLAB
  50 ---------------------------------------------
  51 Dependencies. The following package list is sufficient on Ubuntu 14.04, Ubuntu 16.04, Ubuntu 18.04 :
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  53  - `cmake3` (mandatory)
  54  - `g++` or another C++ compiler (mandatory)
  55  - `python-dev`, `python-numpy` and `swig3`for python scripts (mandatory)
  56  - `python-matplotlib` and `paraview` for postprocessing tools such as plotting curves (matplotlib) or generating 3D view images (paraview) (mandatory)
  57  - `doxygen`, `graphviz` and `mscgen`, if you want to generate a nice source code documentation in `~/workspace/SOLVERLAB/SOLVERLAB_install/doc/`. Use the compilation option `-DSOLVERLAB_WITH_DOCUMENTATION=ON` (optional).
  58  - `libcppunit-dev`, if you want to generate unit tests. Use the compilation option `-DSOLVERLAB_WITH_TESTS=ON` (optional).
  59  - `rpm`, if you want to generate RPM installation packages. Use the compilation option `-DSOLVERLAB_WITH_PACKAGE=ON` (optional).
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  61 Directories. Create the suggested build and installation folders:
  62 * `cd ~/workspace/SOLVERLAB`
  63 * `mkdir SOLVERLAB_build`
  64 * `mkdir SOLVERLAB_install`
  65 * `cd SOLVERLAB_build`
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  68 Compile and install SOLVERLAB
  69 --------------------------
  70 Simpler build for a minimum version:
  71 * `cmake ../SOLVERLAB-master/ -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=../SOLVERLAB_install -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release `
  72 > This will download and build the following dependencies
  73 > - PETSc from http://ftp.mcs.anl.gov/pub/petsc/release-snapshots/petsc-3.13.5.tar.gz
  74 > - SLEPc from https://slepc.upv.es/download/distrib/slepc-3.13.4.tar.gz
  75 > - F2CBLASLAPACK from http://ftp.mcs.anl.gov/pub/petsc/externalpackages/f2cblaslapack-3.4.2.q4.tar.gz
  76 > - HDF5 https://support.hdfgroup.org/ftp/HDF5/releases/hdf5-1.10/hdf5-1.10.3/src/hdf5-1.10.3.tar.gz
  77 > - MEDFILE from http://files.salome-platform.org/Salome/other/med-4.1.0.tar.gz
  78 > - MEDCOUPLING from http://files.salome-platform.org/Salome/other/medCoupling-9.4.0.tar.gz
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  80 If you already have an installation of PETSC, MED and MEDCoupling, you may save computational time and memory by using the advanced build version:
  81 * `cmake ../SOLVERLAB-master -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=../SOLVERLAB_install -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release -G"Eclipse CDT4 - Unix Makefiles" -D_ECLIPSE_VERSION=4.3 -DSOLVERLAB_WITH_DOCUMENTATION=ON -DPETSC_DIR=${PETSC_DIR} -DPETSC_ARCH=${PETSC_ARCH} -DMEDFILE_ROOT_DIR=${MEDFILE_ROOT_DIR} -DMEDCOUPLING_ROOT_DIR=${MEDCOUPLING_ROOT_DIR}`
  82 > This assumes that you have an existing
  83 > - install of PETSc (with submodules SLEPC and HDF5) at the location given by the environment variable PETSC_DIR and the architecture variable PETSC_ARCH
  84 > See the instructions given in [the official documentation](http://www.mcs.anl.gov/petsc/documentation/installation.html)
  85 > - install of MED                                    at the location given by the environment variable MEDFILE_ROOT_DIR
  86 > - install of MEDCOUPLING                            at the location given by the environment variable MEDCOUPLING_ROOT_DIR
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  88 The 3 dependencies PETSC, MED and MEDCOUPLING should have been compiled with the same version of HDF5
  89 Warning : the linux package libhdf5-dev is generally not compatible with the libraries MED and MEDCoupling
  90 Compile and install:
  91 * `make`
  92 * `make doc install`
  93
  94 Run unit and example tests:
  95 * make example
  96
  97 Run validation tests:
  98 * make validation
  99
 100 Use of SOLVERLAB
 101 -------------
 102
 103 To use SOLVERLAB with your Python code, you can load the SOLVERLAB environment in your terminal using the command
 104  * source `~/workspace/SOLVERLAB/SOLVERLAB_install/env_SOLVERLAB.sh`
 105 Then in your terminal simply type
 106 - `python main.py `
 107
 108 If performance or parallelism is an issue for your simulations, you can use SOLVERLAB librairies with your C++ code :
 109  * C++ libraries: `export LD_LIBRARY_PATH=~/workspace/SOLVERLAB/SOLVERLAB_install/lib`
 110  * To know how to include the right libraries for compilation, see the makefiles of the examples. They include the list ` -lmedC -lmedloader -lmedcoupling -lbase -lmesh -llinearsolver`.
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 112 The SOLVERLAB environment variables consist in :
 113  * SOLVERLAB C++ library path: `~/workspace/SOLVERLAB/SOLVERLAB_install/lib`
 114  * SOLVERLAB Python library paths: `~/workspace/SOLVERLAB/SOLVERLAB_install/lib/SOLVERLAB:~/workspace/SOLVERLAB/SOLVERLAB_install/bin/SOLVERLAB`
 115  * PETSc, SLEPc and HDF5 library path: `${PETSC_DIR}/${PETSC_ARCH}/lib`
 116  * MED library path: `${MEDFILE_ROOT_DIR}/lib`
 117  * MEDCOUPLING library path: `${MEDCOUPLING_ROOT_DIR}/lib`
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