《SoftwareX》：FlowUrja studio: A desktop environment for managing OpenFAST–TurbSim wind turbine simulation workflows
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摘要翻译：
OpenFAST与TurbSim广泛应用于风力机气弹仿真与湍流来流生成。实际使用中，在仿真执行前需要建立兼容的求解器二进制文件、控制器文件、风机模型文件与风场输入配置。这些组件通常作为独立资源分别维护。完成配置后，用户通常需处理结构化文本输入文件
摘要翻译：
OpenFAST与TurbSim广泛应用于风力机气弹仿真与湍流来流生成。实际使用中，在仿真执行前需要建立兼容的求解器二进制文件、控制器文件、风机模型文件与风场输入配置。这些组件通常作为独立资源分别维护。完成配置后，用户通常需处理结构化文本输入文件并通过命令行执行。该工作流支持精细控制，但要求对文件路径、风输入、执行设置和输出文件夹进行细致管理。在涉及多种风速、湍流种子、风切变指数或海上风机配置的大型仿真活动中，该任务变得尤为困难。FlowUrja Studio是一款开源桌面应用程序，旨在支持基于项目的OpenFAST–TurbSim仿真活动准备、执行与检查。该软件提供面向macOS和Windows的原生安装程序，并捆绑兼容版本的OpenFAST、TurbSim、ROSCO及参考风机模型文件。软件提供图形化环境，用于管理风机模型、配置OpenFAST输入、生成TurbSim风场、运行单例与批处理仿真、检查输出文件。软件还包含面向OpenFAST主要模块的引导式面板、参数化风场生成、并行仿真执行、风场可视化及基础结果对比功能。每次运行均保存所选输入文件及包含关键配置信息的结构化JSON摘要，从而提升可追溯性并支持可重复的仿真实践。FlowUrja Studio面向需要便捷环境开展风力机仿真研究的研究人员、学生与工程师，且不替代底层物理求解器。
论文解读：
在风力机气弹仿真研究领域，OpenFAST与TurbSim分别是进行耦合气动-水动-伺服-弹性仿真与生成随机全流场湍流来流的主流工具。两者结合使用可为用户提供对风机模型、风输入、结构模块、控制器设置及输出通道的精细控制，这对于载荷分析、控制设计、海上风电建模及参数化仿真活动至关重要。然而，实际应用要求用户在执行任何仿真之前自行组装兼容的工作环境，包括OpenFAST与TurbSim可执行文件、诸如ROSCO的控制器文件、诸如IEA 15 MW参考风机的模型文件、模块输入文件及风场输入，这些组件往往分散维护，新用户可能在正式开展仿真前耗费大量时间处理安装、版本兼容、文件组织及路径配置等问题。即便完成环境准备，标准工作流仍主要依赖结构化文本输入文件与命令行执行方式，这对手动文件管理提出了较高要求。典型OpenFAST仿真需要主.fst文件与若干子模块文件保持一致，包括InflowWind、ElastoDyn、AeroDyn、ServoDyn、HydroDyn、SeaState、SubDyn、MoorDyn等；对于湍流来流仿真，还需正确准备TurbSim输入文件并与OpenFAST的InflowWind配置关联。文件路径、风场引用、模块激活标志或输出命名方面的一处错误即可能导致运行失败或结果难以追溯。在大型仿真活动中，上述问题更为突出，因为现代风机研究往往需要覆盖多种风速、湍流种子、剪切指数、湍流等级及海上环境条件，单一设计或敏感性研究可能包含数十乃至数百个工况，手动管理文件夹易造成输出覆盖、记录不全以及设置与结果之间关联不清等问题。为解决这些实际困难，研究人员开发了FlowUrja Studio这一开源桌面环境，其围绕基于项目的工作流设计，在单一工作目录中组织风机模型文件、风场、仿真输入、运行记录与结果，并捆绑兼容版本的OpenFAST、TurbSim与ROSCO，提供面向macOS与Windows的原生安装程序，同时包含若干参考风机模板。软件提供图形化面板用于配置OpenFAST仿真、编辑常用模块设置、生成TurbSim风场及运行单例或批处理仿真，还具备参数化风场生成、OpenFAST工况批处理执行、风场检查与结果对比功能。每次仿真均保存所选输入文件及结构化JSON摘要，显著改善了仿真设置与结果文件之间的可追溯性。该软件并不替代OpenFAST、TurbSim或ROSCO，而是作为工作流层降低入门门槛、减少人工记账负担，并以统一环境支持仿真研究的准备、执行与检查。
研究人员在软件实现中采用了多项关键技术手段。应用程序基于Tauri 2.0、React 18、Vite 5、JavaScript (JSX)、Rust、Python 3与CSS开发，图形界面由React与Vite构建，Tauri提供原生桌面运行时与系统集成，Python承担部分科学计算与文件处理任务。发布版本捆绑OpenFAST 4.2.0、TurbSim 4.2.0与ROSCO 2.10.1，并针对Apple Silicon的macOS及x86-64的Windows 10/11提供经过测试的原生安装程序，macOS安装包已通过Apple公证。软件围绕项目目录组织所有资源，项目状态文件记录活动模型、用户设置与近期运行；新建项目时软件将选定参考风机的所需文件复制到项目工作目录，避免直接修改捆绑模板并保持各研究相互隔离。内置参考风机模板包括NREL 5 MW、IEA 10 MW、IEA 15 MW海上参考风机及IEA 22 MW参考风机，同时支持用户通过添加模型目录的方式引入外部OpenFAST模型。TurbSim面板支持定义平均风速、湍流等级、风类型、湍流模型、随机种子、轮毂高度、风轮直径、网格分辨率及仿真时长，并直接调用捆绑TurbSim二进制生成风场，无需手动编辑路径。FlowUrja Studio还引入风轮湍流强度不对称参数gTI，定义为风轮盘面底部与顶部湍流强度之比，当gTI大于1时软件切换至USRVKM湍流模型并生成对应垂直剖面。OpenFAST面板作为核心仿真枢纽，提供主.fst文件访问、仿真时间设置、风输入选择、启用子模块、输出设置及运行控制，并支持稳态风、均匀风或二进制TurbSim风场输入。模块专用面板以选项卡形式暴露ElastoDyn、InflowWind、AeroDyn、ServoDyn以及海上模块HydroDyn、SeaState、SubDyn、MoorDyn、IceDyn等子模块参数。批处理工具包括风场批处理与仿真批处理，前者沿风速、湍流强度、湍流等级、风类型、剪切指数、gTI与随机种子等轴生成多个TurbSim风场，支持析因与配对扫描模式；后者导入生成风场并准备OpenFAST工况，支持并行执行并提供实时控制台输出。检查工具包括风场查看器与结果查看器，分别用于检查TurbSim二进制风场网格、轮毂高度时间序列、空间结构、平均剖面、湍流强度剖面与频谱，以及加载OpenFAST二进制输出文件进行时间序列、功率谱密度、散点图和多工况汇总统计对比。
在结果方面，研究人员通过示例工作流展示了从项目创建到输出检查的完整过程。示例选用IEA 15 MW单桩参考风机，设置轮毂高度平均风速为12 m/s、IEC A类湍流等级、IEC Kaimal湍流模型、正常湍流模型、15×15风场网格、300 s风场时长、随机种子123,456及300 s OpenFAST仿真时长。项目创建后，模型文件被复制至项目工作区，随后通过TurbSim面板生成.bts风场文件，并经OpenFAST面板配置InflowWind后执行仿真。完成后输出文件写入结果目录，同时保存所选输入文件与JSON运行记录。风场查看器与结果查看器分别支持生成风场与仿真结果的快速检查。批处理工作流进一步支持通过风场批处理生成多组湍流场，并导入仿真批处理面板并行执行对应OpenFAST工况。一致性验证表明，FlowUrja Studio生成的求解器相关参数与预设TurbSim设置及IEA 15 MW参考模型配置一致；相同输入文件经命令行直接调用捆绑的TurbSim v4.2.0与OpenFAST v4.2.0执行后，TurbSim风统计结果完全相同，.bts文件中风速数据不变，OpenFAST输出在全部894个通道与6001个时间步上最大逐点差异为零。这一结果证实图形工作流与相同求解器配置的直接命令行执行在数值上完全一致。
讨论部分指出，FlowUrja Studio的贡献在于将OpenFAST–TurbSim工作流任务整合于基于项目的桌面环境中，其批处理工具可减少参数化研究中的手动准备与工况管理工作量，在教学场景中图形界面有助于用户理解底层文件同时降低安装与命令行操作门槛。内置检查工具提供即时质量控制层，JSON运行记录支持可追溯与可重复的仿真实践。研究结论部分可翻译为：FlowUrja Studio提供了一个开源桌面环境，用于准备、执行和检查OpenFAST–TurbSim仿真活动，其基于项目的工作流整合了风机模型管理、风场生成、求解器执行、批处理、运行记录与初始输出检查，同时保留对底层OpenFAST与TurbSim文件的访问。一致性验证表明在测试的IEA 15 MW单桩案例中与直接命令行执行数值一致。当前版本支持可追溯与可重复的仿真实践，但不构成完整的归档系统或高保真结构分析系统，未来开发可能扩展求解器兼容性、平台支持、运行归档与后处理能力。
