LBM流体解析ツールOpenLBの活用【01:導入方法と動作確認】

この文書では、Ubuntu24.04上でLBM（格子ボルツマン法）流体解析ツールOpenLBを活用する方法を紹介します。

「OpenLB」は、格子ボルツマン法（LBM）に基づくオープンソースの流体解析ライブラリで、2007年にカールスルーエ工科大学（KIT）の研究者によって開発が始まりました。主にMathias J. Krause博士らのチームが中心となって開発・保守を続けています。C++で実装され、高い拡張性と並列計算性能を持ち、流体解析や熱・粒子輸送など多様な分野の研究・教育に利用されています。
なお、説明にもあるように流体解析ライブラリですので、アプリケーションとして入力ファイルを用意して解析を実行するのではなく、必要とするLBMアプリケーションをC++で独自に開発して利用します。

OpenLB公式サイト
https://www.openlb.net/

OpenLBを利用する環境

基本的にOpenLBは、Linux系OSでビルドして利用します。ここでは、Windows11のWSL2上での、Ubuntu24.04LTSで試してみます。OracleVirtualBoxなどの仮想環境や実機にインストールされたUbuntuでも同様だと思います。具体的には、以下の解説文書を参考にしています。と言うよりこの文書を下敷きに自分の手順をまとめました。
https://www.openlb.net/wp-content/uploads/2024/05/TR5-v2.pdf

なお、MacOSの場合には、Homebrewを用いることで、以下の手順で利用できるようです。
https://www.openlb.net/wp-content/uploads/2025/05/olb-tr6V2.pdf

さらに、WSL2上のUbuntuや実機のUbuntuでは、PCのNVIDIA GPUを利用することができて、それを活用して、OpenLBの高速計算も可能なようです。
https://www.openlb.net/wp-content/uploads/2023/03/olb-tr7.pdf

OpenLBを構築する手順

解説文書をもとに、構築する手順を説明します。WSL2上のUbuntuは、以下の状態です。

$ lsb_release -a
No LSB modules are available.
Distributor ID: Ubuntu
Description:    Ubuntu 24.04.3 LTS
Release:        24.04
Codename:       noble

Ubuntuの更新とパッケージの追加

以下のように、更新を完了して、最新の状態にしておきます。

dalab@dalab2502nb02:~$ sudo apt update
Hit:1 http://archive.ubuntu.com/ubuntu noble InRelease
（省略）
1 package can be upgraded. Run 'apt list --upgradable' to see it.
dalab@dalab2502nb02:~$ sudo apt upgrade
Reading package lists... Done
（省略）
0 upgraded, 0 newly installed, 0 to remove and 1 not upgraded.

構築に必要なパッケージの追加

コンパイルツールとOpenMPI並列環境を導入します。

$ sudo apt install g++ make
Reading package lists... Done
（省略）
Processing triggers for man-db (2.12.0-4build2) ...

$ sudo apt install openmpi-bin openmpi-doc libopenmpi-dev
Reading package lists... Done
（省略）
Processing triggers for man-db (2.12.0-4build2) ...

インストールファイルの入手

Windows11で、以下のダウンロードページに接続する。
https://www.openlb.net/download/

執筆時点2025/05/16で最新版「1.8–1」の、「olb-1.8r1.tgz」をダウンロードする。Windows11のダウンロードフォルダにファイル「release-1.8.1.tar.gz」が保存される。

このファイルを、ファイルブラウザの左端の「Linux」を用いて、WSL2上のUbuntuに移動します。

Ubuntuのホームディレクトリにファイル「release-1.8.1.tar.gz」が確認できます。なお「...Identifier」のファイルは、Windows側で削除してかまいません。

$ ls -l
-rw-r--r-- 1 dalab dalab 3101969 Oct 25 04:36 release-1.8.1.tar.gz

OpenLBの作業用ディレクトリ「OpenLBwork」を作って、このインストールファイルを移動させ、tarコマンドで展開します。

$ mkdir OpenLBwork
$ mv release-1.8.1.tar.gz OpenLBwork/
$ cd OpenLBwork/
$ ls
release-1.8.1.tar.gz
$ tar xvfz release-1.8.1.tar.gz
$ ls
release-1.8.1  release-1.8.1.tar.gz
$ cd release-1.8.1/
$ ls
AUTHORS.txt       LICENSE    config            default.mk         examples    flake.nix  src
CITATION.cff      Makefile   config.mk         default.single.mk  external    rules.mk
CONTRIBUTORS.txt  README.md  default.mixed.mk  doc                flake.lock  script

Makefileがあるので、makeコマンド一発でビルドしてみます。

$ make
make CXX='g++' CC='gcc' -C external
（省略）
ar rc build/lib/libolbcore.a src/communication/mpiManager.o src/communication/ompManager.o src/core/olbInit.o src/core/expr.o src/io/ostreamManager.o

取り敢えずはエラーは、無いみたいです。例題の2次元Cavity流れのディレクトリに移動して、makeしてみます。

$ cd examples/laminar/cavity2d
$ ls
Makefile  cavity2d.cpp  cavity2d.xml  description_cavity2d.xml
$ make
make -C ../../../external
（省略）
g++ cavity2d.o -o cavity2d -lolbcore -L../../../external/lib -lpthread -lz -ltinyxml2 -L../../../build/lib
$ ls
Makefile  cavity2d  cavity2d.cpp  cavity2d.d  cavity2d.o  cavity2d.xml  description_cavity2d.xml

実行ファイル「cavity2d」ができたので、実行してみます。

$ ./cavity2d
[ThreadPool] Sucessfully initialized, numThreads=1
[Directories] Directory ./tmp/ created.
（省略）
[Timer] ----------------Summary:Timer----------------
[Timer] measured time (rt) : 14.676s
[Timer] measured time (cpu): 14.187s
[Timer] ---------------------------------------------
$ ls
Makefile  cavity2d.cpp  cavity2d.o    description_cavity2d.xml
cavity2d  cavity2d.d    cavity2d.xml  tmp

解析結果として、ディレクトリ「tmp」が作られているので、その内容を確認します。

$ cd tmp
$ ls
cavity2d.dat  gnuplotData  imageData  introspectionData  vtkData
$ cd vtkData/
$ ls
cavity2dvtk.pvd       discreteNormalType_iT0000000.vtm  rank_iT0000000.vtm
cuboid_iT0000000.vtm  discreteNormal_iT0000000.vtm
data                  geometry.pvd

WindowsのParaViewを用いて、可視化ファイル「cavity2dvtk.pvd」を開くと、解析結果が確認できます。

以上で、基本的な動作確認ができました。OpenLBには、以下の充実したマニュアルがあるので、それを参考にしながら活用手順を紹介してゆきます。
https://www.openlb.net/wp-content/uploads/2025/08/olb_ug-1.8r0.pdf