×

块结构自适应细化数值模拟的有效正交分解算法。 (英语) Zbl 07592131号

摘要:自适应网格优化(AMR)越来越多地用于模拟在整个计算域中具有截然不同分辨率要求的流体流动。正确正交分解(POD)是从流量数据中提取相干结构并构建降阶模型的常用工具,但当前的POD算法没有利用AMR仿真的多分辨率数据带来的潜在效率增益。在这里,我们探索了一种在AMR数据上执行POD的新方法,该方法消除了多分辨率数据在均匀网格上的最近邻插值引起的重复操作。我们首先通过例子概述了我们减少计算数量的方法,并在附录中提供了完整的算法。我们使用综合生成的AMR数据和运算计数,与标准POD方法相比,检查了新算法的计算加速。然后,我们使用CPU时间和操作计数来分析轴对称浮力羽流的AMR模拟数据,发现当使用三级网格细化时,我们能够将计算时间减少约2-5倍。新的POD算法首次消除了每个矩阵中重复值的矩阵乘法的冗余操作,使其成为AMR仿真数据POD的理想算法。

MSC公司:

65牛顿 偏微分方程边值问题的数值方法
76平方英尺 湍流
65传真 数值线性代数
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Pope,S.B.,《湍流》(2001),IOP出版社
[2] 巴布什卡,I。;Suri,M.,有限元方法的p和h-p版本,基本原理和特性,SIAM Rev.,36,4,578-632(1994)·Zbl 0813.65118号
[3] 害羞,W。;Udaykumar,H。;Rao,M。;Smith,R.,《移动边界的计算流体动力学》,AIAA J.,36,2,303-304(1998)
[4] A.杜比。;Almgren,A。;贝尔·J。;贝津斯,M。;Brandt,S。;布莱恩,G。;科莱拉,P。;格雷夫斯,D。;Lijewski,M。;Löffler,F.,《块结构自适应网格优化包中高级框架的调查》,J.Parallel Distribute.Compute。,74, 12, 3217-3227 (2014)
[5] 蔡,X。;Marschall,H。;沃纳,M。;Deutschmann,O.,使用OpenFOAM®的相场方法对润湿现象进行数值模拟,化学。工程技术。,38, 11, 1985-1992 (2015)
[6] 张,W。;Almgren,A。;贝克纳,V。;贝尔,J。;布拉斯科,J。;Chan,C。;Day,M。;弗里森,B。;哥特,K。;格雷夫斯,D。;M.卡茨。;Myers,A。;Nguyen,T。;Nonaka,A。;罗索,M。;威廉姆斯。;Zingale,M.,AMReX:一个用于块结构自适应网格细化的框架,J.Open Sour。软质。,4, 37, 1370 (2019)
[7] Berkooz,G。;霍姆斯,P。;Lumley,J.L.,湍流分析中的适当正交分解,Annu。流体力学版次。,25, 1, 539-575 (1993)
[8] Taira,K。;赫马蒂,M.S。;Brunton,S.L。;孙,Y。;Duraisamy,K。;Bagheri,S。;道森,S.T。;Yeh,C.-A.,《流体流动的模态分析:应用与展望》,AIAA J.,1-25(2019)
[9] Taira,K。;Brunton,S.L。;道森,S.T。;罗利,C.W。;科隆尼乌斯,T。;McKeon,B.J。;施密特,O.T。;戈尔德耶夫,S。;提奥菲利斯,V。;Ukeiley,L.S.,《流体流动的模态分析:概述》,AIAA J.,4013-4041(2017)
[10] 霍姆斯,P。;Lumley,J.L.(卢姆利,J.L.)。;Berkooz,G。;Rowley,C.W.,《湍流、相干结构、动力系统和对称性》(2012),剑桥大学出版社·Zbl 1251.76001号
[11] 科隆尼乌斯,T。;Freund,J.,湍流射流产生声音的POD分析,(第40届美国航空航天局航空科学会议和展览(2002)),72
[12] 科斯特卡,S。;林奇。;公元前Huelskamp。;基尔,B.V。;Gord,J.R。;Roy,S.,使用适当的正交分解表征钝体后面的火焰衰减行为,Combust。《火焰》,159,9,2872-2882(2012)
[13] 方,F。;疼痛,C。;纳文,I。;皮戈特,M。;戈曼,G。;Allison,P。;Goddard,A.,自适应网格海洋模型的降阶建模,国际期刊Numer。《液体方法》,59,8,827-851(2009)·Zbl 1155.86004号
[14] 方,F。;疼痛,C。;纳文,I。;戈曼,G。;皮戈特,M。;Allison,P。;法雷尔,P。;Goddard,A.,中等雷诺数流动的POD降阶非结构化网格海洋建模方法,海洋模型。,28, 1-3, 127-136 (2009)
[15] 杜,J。;方,F。;疼痛,C.C。;纳文,I。;朱,J。;Ham,D.A.,Pod降阶非结构化网格建模应用于二维和三维流体流动,计算。数学。申请。,65, 3, 362-379 (2013) ·兹比尔1319.76026
[16] 巴罗斯,G.F。;格雷夫,M。;Viguerie,A。;Reali,A。;Coutinho,A.L.,自适应网格细化和粗化模拟中的动态模式分解(2021),arXiv预印本
[17] Hale,J.S。;Schenone,E。;巴罗利,D。;洛杉矶比克斯。;Bordas,S.P.,一种使用自适应性降低降阶模型装配成本的超还原方法,计算。方法应用。机械。工程,380,第113723条pp.(2021)·Zbl 1506.65179号
[18] Day,M.S。;Bell,J.B.,复杂化学层流反应流动的数值模拟,库布斯特。理论模型。,4, 4, 535 (2000) ·Zbl 0970.76065号
[19] Mandli,K.T。;Dawson,C.N.,风暴潮自适应网格细化,海洋模型。,75, 36-50 (2014)
[20] Wimer,N。;拉波因特,C。;克里斯托弗·J。;Nigam,S。;海登,T。;Upadhye,A。;斯特罗贝尔,M。;雷克尔,G。;Hamlington,P.,浮力射流和羽流的膨胀Strouhal数标度,流体力学杂志。,895 (2020)
[21] 拉波因特,C。;新泽西州威默。;Glusman,J.F。;Makowiecki,A.S。;每日,J.W。;Rieker,G.B。;Hamlington,P.E.,使用自适应网格细化高效模拟开放式泡沫中的湍流扩散火焰,Fire Saf。J.,111,第102934条pp.(2020)
[22] Ahrens,J。;Geveci,B。;Law,C.,Paraview:大型数据可视化的最终用户工具,(可视化手册(2005)),717
[23] 特克·M·J。;B.D.史密斯。;Oishi,J.S。;斯科里,S。;Skillman,S.W。;Abel,T。;Norman,M.L.,yt:用于天体物理模拟数据的多代码分析工具包,Astrophys。补充期刊。,192, 1, 9 (2010)
[24] 穆尼奥斯,D.F。;尹,D。;巴赫蒂亚,R。;Moftakhari,H。;薛,Z。;Mandli,K。;Ferreira,C.,《沿海至内陆过渡区总水位预测的delft3d-fm和2d hec-ras模型间比较》,《美国水利杂志》。协会(2021)
[25] Krah,P。;恩格斯,T。;Schneider,K.公司。;Reiss,J.,《大规模流量数据的小波自适应正交分解》(2020年),arXiv预印本
[26] Ohlberger,M。;Schindler,F.,具有自适应在线富集的局部缩减基多尺度方法的误差控制,SIAM J.Sci。计算。,37、6、A2865-A2895(2015)·Zbl 1329.65255号
[27] Yano,M.,最小残差混合约化基方法:精确残差证明和同时有限元约化基精化,ESAIM Math。模型。数字。分析。,50, 1, 163-185 (2016) ·Zbl 1335.65095号
[28] 罗利,C.W。;科隆尼乌斯,T。;Murray,R.M.,使用POD和Galerkin投影的可压缩流模型简化,Physica D,189,1-2115-129(2004)·Zbl 1098.76602号
[29] Sirovich,L.,湍流和相干结构动力学。I.相干结构,Q.Appl。数学。,45, 3, 561-571 (1987) ·Zbl 0676.76047号
[30] Skiena,S.S.,《算法设计手册:文本》,第1卷(1998年),Springer Science&Business Media
[31] Chapman,S.J.,《科学家和工程师Fortran 90/95》(2004),麦格劳-希尔高等教育
[32] Aho,A.V。;Ullman,J.D.,《计算机科学基础》(1992),计算机科学出版社·Zbl 0816.68001号
[33] Halko,N。;Martinsson,P.-G。;Tropp,J.A.,《寻找随机性结构:构建近似矩阵分解的概率算法》,SIAM Rev.,53,2,217-288(2011)·Zbl 1269.65043号
[34] Wang,E。;张,Q。;沈,B。;张,G。;卢,X。;吴琼。;Wang,Y.,Intel数学内核库,(Intel®Xeon Phi™上的高性能计算(2014),Springer),167-188
[35] Dongarra,J.J。;杜克罗兹,J。;哈默林,S。;Duff,I.S.,一组三级基本线性代数子程序,ACM Trans。数学。软质。,16, 1, 1-17 (1990) ·Zbl 0900.65115号
[36] 新泽西州威默。;Day,M.S。;拉波因特,C。;Meehan,医学硕士。;Makowiecki,A.S。;Glusman,J.F。;每日,J.W。;Rieker,G.B。;Hamlington,P.E.,《使用自适应网格细化的浮标驱动流的数值模拟:大型氦羽流的结构和动力学》,Theor。计算。流体动力学。,35, 1, 61-91 (2021)
[37] 斯特拉森,V.,高斯消去不是最优的,数值。数学。,13, 4, 354-356 (1969) ·Zbl 0185.40101号
[38] 黄,J。;史密斯,T.M。;亨利·G·M。;van de Geijn,R.A.,Strassen算法重载,(高性能计算、网络、存储和分析国际会议论文集(2016),IEEE出版社),59
[39] Brunton,S.L。;Kutz,J.N.,《数据驱动科学与工程:机器学习、动态系统和控制》(2019),剑桥大学出版社·兹比尔1407.68002
[40] A.R.本森。;Ballard,G.,实用并行快速矩阵乘法的框架,(ACM SIGPLAN Notices,vol.50(2015),ACM),42-53
[41] Salomon,D.,《数据压缩方法指南》(2013),Springer Science&Business Media
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。