×

在大规模并行平台上高效实现非线性紧致方案。 (英语) 兹比尔132065115

摘要:加权非线性紧致格式由于其非振荡特性和高光谱分辨率,非常适合模拟可压缩湍流。然而,它们需要在每个时间积分步骤或阶段求解带状方程组。本文主要研究三对角紧格式。通过求解三对角方程组的迭代子结构算法,我们提出了在大规模并行计算平台上高效实现此类方案的方法。我们实现的关键特征是,它不引入任何基于并行化的近似或错误,并且它涉及到最小的邻域间通信。我们在IBM Blue Gene/Q平台上演示了我们的方法的性能和可扩展性,并表明紧凑方案是有效的,并且在大量处理器(\(\ sim 500000 \))和较小子域大小(每个处理器每个维度四个点)上的性能可与标准非紧有限差分方法媲美.

MSC公司:

2006年6月65日 含偏微分方程初值和初边值问题的有限差分方法
第65年 并行数值计算
76M20码 有限差分方法在流体力学问题中的应用
76N99型 可压缩流体和气体动力学
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部 链接

参考文献:

[5] N.A.Adams,{湍流压缩坡道流的直接数值模拟},Theoret。计算。流体动力。,12(1998年),第109-129页·Zbl 0931.76033号
[6] N.A.Adams和K.Shariff,{冲击-湍流相互作用问题的高分辨率混合紧-ENO格式},J.Compute。物理。,127(1996),第27-51页·兹比尔0859.76041
[7] I.Bermejo-Moreno、J.Bodart、J.Larsson、B.M.Barney、J.W.Nichols和S.Jones,{在高达197万核和4.1万亿网格点上求解可压缩Navier-Stokes方程},《SC13会议记录:高性能计算、网络、存储和分析国际会议》(纽约,2013),美国计算机学会,纽约,第62:1-62:10页。
[8] L.Blackford、J.Choi、A.Cleary、E.D'Azevedo、J.Demmel、I.Dhillon、J.Dongarra、S.Hammarling、G.Henry、A.Petitet、K.Stanley、D.Walker和R.Whaley,《ScaLAPACK用户指南》,SIAM,费城,1997年·Zbl 0886.65022号
[9] J.Chao,A.Haselbacher和S.Balachandar,{it可压缩流的大规模并行多块混合紧-WENO格式},J.Compute。物理。,228(2009),第7473-7491页·Zbl 1172.76033号
[10] S.C.Chen、D.J.Kuck和A.H.Sameh,《实用平行带三角形系统求解器》,ACM Trans。数学。《软件》,4(1978年),第270-277页·兹伯利0384.65013
[11] A.Cleary和J.Dongarra,{带状和三对角线性系统的分治算法在ScaLAPACK中的实现},技术报告UT-CS-97-358,田纳西大学,诺克斯维尔,TN,1997年。
[12] A.W.Cook、W.H.Cabot、P.L.Williams、B.J.Miller、B.R.de Supinski、R.K.Yates和M.L.Welcome,{光谱精度可变密度椭圆流体动力学的Tera-scale算法},摘自《2005年ACM/IEEE超级计算会议论文集》(华盛顿特区,2005年),IEEE计算机学会,华盛顿特区,2005,60-60页。
[13] X.Deng和H.Maekawa,{\it紧致高阶精确非线性格式},J.Comput。物理。,130(1997),第77-91页·Zbl 0870.65075号
[14] X.Deng和H.Zhang,{\it发展高阶加权紧致非线性格式},J.Comput。物理。,165(2000),第22-44页·Zbl 0988.76060号
[15] J.J.Dongarra和A.H.Sameh,{\it关于一些并行带状系统解算器},并行计算。,1(1984年),第223-235页·Zbl 0572.65015号
[16] D.Fauconnier和E.Dick,{非线性有限差分离散化的谱分析},J.Compute。申请。数学。,246(2013),第113-121页·Zbl 1262.65099号
[17] P.F.Fischer、F.P.Preparia和J.E.Savage,《广义扫描和三对角系统》,理论。计算。科学。,255(2001),第423-436页·Zbl 0974.68058号
[18] D.Ghosh,{双曲守恒律的紧致重构加权本质非振荡格式},马里兰州大学帕克学院博士论文,MD,2013年。
[19] D.Ghosh和J.D.Baeder,{双曲守恒律加权ENO极限的紧重构方案},SIAM J.Sci。计算。,34(2012),第A1678-A1706页·Zbl 1387.65085号
[20] D.Ghosh和J.D.Baeder,《可压缩湍流直接数值模拟的加权非线性紧致格式》,J.Sci。计算。,61(2014),第61-89页·Zbl 1299.76098号
[21] D.Ghosh、E.M.Constantinescu和J.Brown,{it Scalable Nonlinear Compact Schemes},技术报告ANL/MCS-TM-340,阿贡国家实验室,伊利诺伊州阿贡,2014年。
[22] D.Ghosh、S.Medida和J.D.Baeder,《压缩重构加权基本无振荡格式在可压缩空气动力流中的应用》,AIAA J.,52(2014),第1858-1870页。
[23] S.Ghosh,{激光诱导等离子体与各向同性湍流相互作用的直接数值模拟},明尼苏达州明尼阿波利斯市明尼苏打大学博士论文,2008。
[24] S.Gottlieb,D.I.Ketcheson和C.W.Shu,{高阶强稳定性保持时间离散化},J.Sci。计算。,38(2009),第251-289页·Zbl 1203.65135号
[25] Y.Guo,T.Xiong,and Y.Shi,{it可压缩Euler方程的保正高阶有限体积紧-WENO格式},J.Compute。物理。,274(2014),第505-523页·Zbl 1351.76108号
[26] A.K.Henrick、T.D.Aslam和J.M.Powers,{映射加权本质非振荡格式:在临界点附近获得最优阶},J.Compute。物理。,207(2005),第542-567页·Zbl 1072.65114号
[27] C.Hirsch,{内外流数值计算:计算流体动力学基础},卷。1&2,爱思唯尔科学,纽约,2007年。
[28] J.Hofhaus和E.Van de Velde,《多计算机上的交替方向线松弛方法》,SIAM J.Sci。计算。,17(1996),第454-478页·Zbl 0851.65065号
[29] G.-S.Jiang和C.-W.Shu,{加权ENO格式的有效实现},J.Compute。物理。,126(1996),第202-228页·Zbl 0877.65065号
[30] L.Jiang,H.Shan,and C.Liu,{冲击捕获的加权紧致格式},国际计算杂志。流体动力学。,15(2001),第147-155页·Zbl 1044.76046号
[31] J.W.Kim和R.D.Sandberg,{使用紧凑有限差分格式进行高效并行计算},计算与流体,58(2012),第70-87页·Zbl 1365.65196号
[32] C.B.Laney,《计算气体动力学》,剑桥大学出版社,英国剑桥,1998年·Zbl 0947.76001号
[33] C.Liu、L.Jiang、M.Visbal和P.Xie,{激波管与激波相互作用的智能加权紧凑方案},第36届美国航空航天局流体动力学会议和展览(旧金山,2006),美国航空航天研究所,弗吉尼亚州雷斯顿,2006,美国航空宇航局2006-3708。
[34] X.-D.Liu、S.Osher和T.Chan,{加权本质非振荡格式},J.Compute。物理。,115(1994),第200-212页·Zbl 0811.65076号
[35] N.N.Mansour和A.A.Wray,《低雷诺数下各向同性湍流的衰减》,Phys。《流体》,6(1994),第808-814页·Zbl 0825.76278号
[36] N.Mattor、T.J.Williams和D.W.Hewett,{并行求解三对角矩阵问题的算法},并行计算。,21(1995),第1769-1782页。
[37] U.Meier,{解带状线性方程组的并行划分方法},并行计算。,2(1985年),第33-43页·Zbl 0599.65016号
[38] S.Pirozzoli,{激波-湍流相互作用的保守混合紧-WENO格式},J.Compute。物理。,178(2002),第81-117页·Zbl 1045.76029号
[39] E.Polizzi和A.H.Sameh,{\it并行混合带状系统求解器:SPIKE算法},并行计算。,32(2006),第177-194页。
[40] E.Polizzi和A.H.Sameh,{\it SPIKE:求解带状线性系统的并行环境},计算与《流体》,36(2007),第113-120页·Zbl 1181.76110号
[41] A.Povitsky和P.J.Morris,{it基于Thomas算法并行实现的空间和时间高阶紧致方法},J.Compute。物理。,161(2000),第182-203页·Zbl 0959.65102号
[42] Y.-X.Ren,M.Liu,and H.Zhang,{it求解双曲守恒律的特征线混合紧-WENO格式},J.Compute。物理。,192(2003),第365-386页·Zbl 1037.65090号
[43] R.S.Rogallo,{均质湍流数值实验},NASA-TM-81315技术报告,NASA艾姆斯研究中心,加利福尼亚州莫菲特菲尔德,1981年。
[44] Y.Saad,《稀疏线性系统的迭代方法》,第二版,SIAM,费城,2003年·Zbl 1031.65046号
[45] C.-W.Shu,{双曲守恒律的基本无振荡和加权基本无振荡方案},NASA CR-97-206253技术报告,ICASE报告97-65,弗吉尼亚州汉普顿计算机应用研究所,1997年。
[46] C.-W.Shu,{对流占优问题的高阶加权本质非振荡格式},SIAM Rev.,51(2009),第82-126页·Zbl 1160.65330号
[47] H.S.Stone,{求解三对角线性方程组的有效并行算法},J.ACM,20(1973),第27-38页·Zbl 0269.65018号
[48] X.-H.Sun和S.Moitra,{一类CFD应用的快速并行三对角算法},技术报告3585,国家航空航天局,NASA兰利研究中心,弗吉尼亚州汉普顿,1996年。
[49] H.H.Wang,《三对角方程的并行方法》,ACM Trans。数学。《软件》,第7卷(1981年),第170-183页·Zbl 0473.65010号
[50] Z.Wang和G.P.Huang,一个本质上非振荡的高阶Padé-型(ENO-Padé)方案,J.Comput。物理。,177(2002),第37-58页·Zbl 1063.76070号
[51] P.Xie和C.Liu,冲击管和冲击熵相互作用的加权紧致和非紧致方案,第45届美国航空航天学会航空航天科学会议和展览,美国航空航天学会,弗吉尼亚州雷斯顿,2007年,美国航空航天学会2007-509。
[52] S.Zhang,S.Jiang,and C.-W.Shu,{高阶精度非线性加权紧致格式的发展},J.Compute。物理。,227(2008),第7294-7321页·Zbl 1152.65094号
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。