×

用于欠分辨率湍流模拟的动态负载平衡并行自适应隐式高阶通量重建方法。 (英语) Zbl 1437.76035号

摘要:我们提出了一种用于欠分辨率湍流模拟的动态负载平衡并行自适应隐式高阶通量重建方法。采用高阶显式第一阶段、单对角隐式Runge-Kutta(ESDIRK)方法来规避时间步长的限制。将伪瞬态延拓与无矩阵重启广义最小残差(GMRES)方法相结合,求解ESDIRK中除第一阶段外的各个阶段的非线性方程组。我们使用谱衰减平滑指标作为精/粗化适应指标。在开源库ParMETIS的帮助下,开发了一种动态负载平衡技术。与隐式时间步长相比,网格重新划分和数据重新分配的成本微乎其微,使我们能够在每个时间步长进行自适应和负载平衡。采用等熵涡传播算例,研究了网格重划分中使用的单元权重对并行效率的影响。当雷诺数(Re)为3900时,我们应用\(p\)-自适应解算器对圆柱体上的过渡流进行隐式大涡模拟(ILES),当Re为60000时,我们应用SD7003机翼进行隐式大涡模拟。数值实验表明,通过自适应可以显著减少运行时间(高达70%)和求解点总数(高达76%)。

MSC公司:

76M20码 有限差分方法在流体力学问题中的应用
76号06 可压缩Navier-Stokes方程
76英尺65英寸 湍流的直接数值模拟和大涡模拟
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] Cockburn,B。;Shu,C.-W.,TVB Runge-Kutta局部投影非连续Galerkin守恒定律有限元方法II:一般框架,数学。计算。,52, 411-435 (1989) ·Zbl 0662.65083号
[2] Cockburn,B。;Hou,S。;Shu,C.-W.,守恒定律的Runge-Kutta局部投影间断Galerkin有限元方法。四、 多维案例,数学。计算。,54, 190, 545-581 (1990) ·Zbl 0695.65066号
[3] Bassi,F。;Rebay,S.,可压缩Navier-Stokes方程数值解的高阶精确间断有限元方法,J.Comput。物理。,131, 2, 267-279 (1997) ·Zbl 0871.76040号
[4] Cockburn,B。;Shu,C.-W.,对流占优问题的Runge-Kutta间断Galerkin方法,科学杂志。计算。,16, 3, 173-261 (2001) ·Zbl 1065.76135号
[5] Bassi,F。;Crivellini,A。;Rebay,S。;Savini,M.,雷诺平均Navier-Stokes和k-ω湍流模型方程的间断Galerkin解,计算。流体,34,4-5,507-540(2005)·Zbl 1138.76043号
[6] 赫塞文,J.S。;Warburton,T.,Nodal Discontinuous Galerkin Methods:Algorithms,Analysis,and Applications(2008),Springer-Verlag:Springer-Verlag纽约·Zbl 1134.65068号
[7] Gassner,G.J。;Beck,A.D.,关于欠分辨率湍流模拟的高阶离散精度,Theor。计算。流体动力学。,27,3-4,221-237(2013)
[8] Uranga,A。;佩尔松,P.-O。;Drela,M。;Peraire,J.,《使用间断Galerkin方法对低雷诺数下湍流过渡的隐式大涡模拟》,《国际数值杂志》。方法工程,87,1-5,232-261(2011)·Zbl 1242.76085号
[9] 刘,Y。;Vinokur,M。;Wang,Z.J.,非结构网格的谱差分方法I:基本公式,J.Compute。物理。,216, 2, 780-801 (2006) ·Zbl 1097.65089号
[10] 周,Y。;Wang,Z.J.,使用高阶谱差分法对机翼上方低雷诺数过渡流进行隐式大涡模拟,(第40届流体动力学会议和展览(2010)),4442
[11] 卡斯通圭,P。;Liang,C。;Jameson,A.,使用谱差法模拟翼型上方的过渡流,(第40届流体动力学会议和展览(2010)),4626
[12] Yu,M.L。;王振杰。;Hu,H.,非结构动力网格的高阶谱差分方法,计算。流体,48,84-97(2011)·Zbl 1271.76234号
[13] 加尔布雷思,M。;Visbal,M.,通过SD7003翼型的低雷诺数流动的隐式大涡模拟,(第46届美国航空航天协会航空航天科学会议和展览(2008)),225
[14] Garmann,D.J。;维斯巴尔,M.R。;Orkwis,P.D.,低雷诺数翼型应用的隐式和亚网格尺度模型大涡模拟技术的比较研究,Int.J.Numer。《液体方法》,71,12,1546-1565(2013)·Zbl 1430.76304号
[15] 吊杆,P。;Zingg,D.,使用高效的newton-krylov-schur方法以及高阶时间和空间离散化进行时间准确流模拟,(第51届AIAA航空航天科学会议,包括新视野论坛和航空航天博览会(2013)),383
[16] Carpenter,M.H。;费希尔,T.C。;尼尔森,E.J。;Frankel,S.H.,《Navier-Stokes方程的熵稳定谱配置方案:不连续界面》,SIAM J.Sci。计算。,36、5、B835-B867(2014)·兹比尔1457.65140
[17] 斯瓦德,M。;Nordström,J.,初边值问题的逐部分求和方案综述,J.Compute。物理。,268, 17-38 (2014) ·兹比尔1349.65336
[18] Huynh,H.T.,高阶格式的通量重建方法,包括间断Galerkin方法,(第18届AIAA计算流体动力学会议(2007)),4079
[19] Huynh,H.T.,高阶方案的重建方法,包括用于扩散的间断Galerkin,(第47届AIAA航空航天科学会议,包括新视野论坛和航空航天博览会(2009)),403
[20] 王振杰。;Gao,H.,包含间断Galerkin的统一提升配置惩罚公式,混合网格上守恒定律的谱体积/差分方法,J.Compute。物理。,228, 21, 8161-8186 (2009) ·Zbl 1173.65343号
[21] 文森特,体育。;卡斯通圭,P。;Jameson,A.,一类新的高阶能量稳定通量重建方案,J.Sci。计算。,47, 1, 50-72 (2011) ·Zbl 1433.76094号
[22] 罗梅罗,J。;阿斯塔纳,K。;Jameson,A.,通量重建方法的简化公式,J.Sci。计算。,67, 1, 351-374 (2016) ·Zbl 1339.65180号
[23] Wang,L。;Yu,M.,守恒定律的紧凑直接通量重建,J.Sci。计算。,1-23 (2017)
[24] F.D.威瑟顿。;Farrington,A.M。;Vincent,P.E.,PyFR:一个开源框架,用于使用流量重建方法解决流架构上的对流-扩散类型问题,Compute。物理。社区。,185, 11, 3028-3040 (2014) ·Zbl 1348.65005号
[25] 费尔南德斯,P。;Nguyen,北卡罗来纳州。;Peraire,J.,基于DG的大涡模拟中的子网格尺度建模和隐式数值耗散,(第23届AIAA计算流体动力学会议(2017)),3951
[26] Gassner,G.J.,《偏对称非连续Galerkin谱元离散及其与SBP-SAT有限差分方法的关系》,SIAM J.Sci。计算。,35、3、A1233-A1253(2013)·Zbl 1275.65065号
[27] Gassner,G.J。;温特斯,A.R。;Kopriva,D.A.,可压缩Euler方程具有逐部分求和性质的分裂形式节点间断Galerkin格式,J.Compute。物理。,327, 39-66 (2016) ·Zbl 1422.65280号
[28] Kirby,R.M。;Karniadakis,G.E.,《非均匀网格上的去混叠:算法和应用》,J.Compute。物理。,191, 1, 249-264 (2003) ·Zbl 1161.76534号
[29] Mengaldo,G。;De Grazia,D。;莫西·D·。;文森特,体育。;Sherwin,S.J.,规则和不规则网格上高阶谱元方法的Deliasing技术,J.Compute。物理。,299, 56-81 (2015) ·Zbl 1352.65396号
[30] Tadmor,E.,非线性守恒律谱方法的收敛性,SIAM J.Numer。分析。,26, 1, 30-44 (1989) ·Zbl 0667.65079号
[31] 卡拉马诺斯,G。;Karniadakis,G.E.,用于大规模模拟的光谱消失粘度方法,J.Compute。物理。,163,1,22-50(2000年)·Zbl 0984.76036号
[32] Pasquetti,R.,湍流大涡模拟的谱消失粘度法,科学杂志。计算。,27,1-3365-375(2006年)·Zbl 1101.76028号
[33] Gottlieb,D。;Hesthaven,J.S.,双曲线问题的谱方法,J.Compute。申请。数学。,128, 1-2, 83-131 (2001) ·Zbl 0974.65093号
[34] 赫塞文,J。;Kirby,R.,勒让德谱方法中的滤波,数学。计算。,77, 263, 1425-1452 (2008) ·Zbl 1195.65138号
[35] 菲舍尔,P。;Mullen,J.,基于滤波器的光谱元素方法稳定性,C.R.Acad。科学。,序列号。1数学。,332, 3, 265-270 (2001) ·Zbl 0990.76064号
[36] 李毅。;Premasuthan,S。;Jameson,A.,光谱差分方法的h和p自适应比较,AIAA Pap。,4435 (2010)
[37] Woopen,M。;巴兰,A。;梅,G。;Schütz,J.,可压缩流基于目标的hp自适应模拟混合和标准DG方法的比较,计算。流体,98,3-16(2014)·Zbl 1391.76368号
[38] Gassner,G。;Staudenmaier,M。;辛登朗,F。;阿塔克,M。;Munz,C.-D.,时空自适应间断Galerkin格式,计算。流体,117,247-261(2015)·Zbl 1390.65106号
[39] 图格诺利,M。;阿巴,A。;Bonaventura,L。;Restelli,M.,DG框架中可压缩流动大涡模拟的局部p-自适应方法,J.Compute。物理。,349, 33-58 (2017) ·Zbl 1380.76025号
[40] Naddei,F。;de la Llave Plata,M。;Couaillier,V.,Euler和Navier-Stokes方程p-自适应间断Galerkin方法精细化指标的比较,(2018年美国航空航天局航空科学会议(2018)),0368
[41] 哈特曼,R。;Houston,P.,适用于可压缩欧拉方程的自适应间断伽辽金有限元方法,J.Comput。物理。,183, 2, 508-532 (2002) ·Zbl 1057.76033号
[42] 高,H。;Wang,Z.,二维混合网格上基于残差的Hp自适应程序,(第49届AIAA航空航天科学会议,包括新视野论坛和航空航天博览会(2011年)),492
[43] 康彭亨斯,M。;鲁比奥,G。;费雷尔,E。;Valero,E.,基于截断和离散误差的高阶间断Galerkin方法p-自适应策略的比较,计算。流体,139,36-46(2016)·Zbl 1390.76329号
[44] Venditti,医学博士。;Darmofal,D.L.,《功能输出的各向异性网格自适应:二维粘性流的应用》,J.Compute。物理。,187, 1, 22-46 (2003) ·兹比尔1047.76541
[45] Wang,L。;Mavrilis,D.J.,二维可压缩Euler方程基于伴随的h-p自适应间断Galerkin方法,J.Compute。物理。,228, 20, 7643-7661 (2009) ·兹比尔1391.76367
[46] Fidkowski,K.J。;Darmofal,D.L.,《计算流体动力学中基于输出的误差估计和网格自适应综述》,AIAA J.,49,4,673-694(2011)
[47] Fidkowski,K.J。;Luo,Y.,可压缩Navier-Stokes方程基于输出的时空网格自适应,J.Compute。物理。,230, 14, 5753-5773 (2011) ·Zbl 1416.76211号
[48] Bassi,F。;科伦坡,A。;Crivellini,A。;菲德科夫斯基,K。;Franciolini,M。;Ghidoni,A。;Noventa,G.,湍流欠分辨率模拟的熵伴随p-自适应间断Galerkin方法,(AIAA航空2019论坛(2019)),3418
[49] Fidkowski,K.J。;Roe,P.L.,网格细化的熵伴随方法,SIAM J.Sci。计算。,32, 3, 1261-1287 (2010) ·Zbl 1213.65142号
[50] 佩尔松,P.-O。;Peraire,J.,不连续Galerkin方法的子细胞冲击捕获,(第44届美国航空航天局航空科学会议和展览(2006)),112
[51] Cockburn,B。;Shu,C.-W.,TVB Runge-Kutta局部投影非连续Galerkin守恒有限元方法。二、。一般框架,数学。计算。,52, 186, 411-435 (1989) ·Zbl 0662.65083号
[52] 哥特利布,S。;舒,C.-W。;Tadmor,E.,强稳定性保持高阶时间离散化方法,SIAM Rev.,43,1,89-112(2001)·Zbl 0967.65098号
[53] 肯尼迪,C.A。;Carpenter,M.H.,常微分方程的对角隐式Runge-Kutta方法。综述(2016),NASA/TM-2016-219173
[54] Bassi,F。;博蒂,L。;科伦坡,A。;Ghidoni,A。;Massa,F.,线性隐式Rosenbrock型Runge-Kutta格式,应用于可压缩和不可压缩非定常流动的间断Galerkin解,计算。流体,118,305-320(2015)·Zbl 1390.76833号
[55] Wang,L。;Yu,M.,隐式无Jacobian Rosenbrock-Wanner、ESDIRK和BDF方法与高阶通量重建公式的非定常流模拟的比较研究(2019年),预印本
[56] Franciolini,M。;Crivellini,A。;Nigro,A.,关于不可压缩湍流高阶间断Galerkin解的无矩阵线性隐式时间积分策略的效率,计算。流体,159,276-294(2017)·Zbl 1390.76312号
[57] Knoll,D.A。;Keyes,D.E.,《无雅可比牛顿-克利洛夫方法:方法和应用调查》,J.Compute。物理。,193, 2, 357-397 (2004) ·Zbl 1036.65045号
[58] 肯尼迪,C。;Carpenter,M.,对流-扩散-反应方程的可加Runge-Kutta格式,应用。数字。数学。,44, 139-181 (2003) ·Zbl 1013.65103号
[59] Pareschi,L。;Russo,G.,隐式显式Runge-Kutta格式及其在带松弛双曲方程组中的应用,J.Sci。计算。,25, 1, 129-155 (2005) ·Zbl 1203.65111号
[60] Wang,L。;Yu,M.,用于非定常流动模拟的无Jacobian隐式p-自适应高阶紧致直接通量重建方法,(AIAA航空2019论坛(2019)),3062
[61] Karypis,G.,METIS和ParMETIS,(并行计算百科全书(2011)),1117-1124
[62] Yu,M。;Wang,Z.J.,《利用重构方法进行校正过程中校正与加权函数之间的联系》,科学学报。计算。,54227-244(2013年)·Zbl 1259.65154号
[63] 威廉姆斯,D.M。;卡斯通圭,P。;文森特,体育。;Jameson,A.,三角形上平流扩散问题的能量稳定通量重建方案,J.Compute。物理。,250, 53-76 (2013) ·Zbl 1349.65528号
[64] Roe,P.L.,近似黎曼解算器、参数向量和差分格式,计算机J。物理。,43, 2, 357-372 (1981) ·Zbl 0474.65066号
[65] Bijl,H。;Carpenter,M.H。;Vatsa,V.N。;Kennedy,C.A.,《非定常可压缩Navier-Stokes方程的隐式时间积分格式:层流》,J.Compute。物理。,179, 1, 313-329 (2002) ·Zbl 1060.76079号
[66] 穆德,W.A。;Van Leer,B.,《欧拉方程隐式迎风方法实验》,J.Compute。物理。,59, 2, 232-246 (1985) ·兹伯利0584.76014
[67] 巴莱,S。;Abhyankar,S。;M.F.亚当斯。;Brown,J.等人。;布鲁纳,P。;Buschelman,K。;达尔星。;埃伊霍特,V。;格罗普,W.D。;考希克,D。;Knepley,M.G。;McInnes,L.C.公司。;鲁普,K。;史密斯,B.F。;赞皮尼,S。;Zhang,H.,PETSc用户手册(2015),阿贡国家实验室,技术代表ANL-95/11-3.6版
[68] Wang,L。;Yu,M.,用动态网格进行低马赫数流动模拟的隐式高阶预处理通量重建方法,国际J.Numer。方法流体(2019年)
[69] Wang,L。;Yu,M.,用于模拟低马赫数下局部预处理非定常Navier-Stokes方程的隐式P-多重网格通量重建方法(2019),预印本
[70] Burstede,C。;Wilcox,L.C.公司。;Ghattas,O.,p4est:八叉树森林上并行自适应网格细化的可扩展算法,SIAM J.Sci。计算。,33, 3, 1103-1133 (2011) ·Zbl 1230.65106号
[71] 兰格,M。;米切尔,L。;Knepley,M.G。;Gorman,G.J.,《使用petsc dmplex在firedrake中进行高效网格管理》,SIAM J.Sci。计算。,38、5、S143-S155(2016)·Zbl 1352.65613号
[72] O.莱姆库尔。;罗德里格斯,I。;博雷尔,R。;Oliva,A.,《圆柱体涡旋形成区域的低频不稳定性》,Phys。流体,25,8,第085109条pp.(2013)
[73] Bassi,F。;博蒂,L。;科伦坡,A。;Crivellini,A。;Ghidoni,A。;Massa,F.,《关于DNS隐式高阶非连续Galerkin方法和湍流隐式LES的发展》,《欧洲医学杂志》。B、 流体,55,367-379(2016)·Zbl 1408.76360号
[74] Selig,M.S.,《低速翼型数据概要》,第1卷(1995年),SoarTech出版物
[75] 贝克,A.D。;Bolemann,T。;弗拉德·D。;弗兰克·H。;Gassner,G.J。;辛登朗,F。;Munz,C.-D.,《过渡流和湍流模拟的高阶非连续Galerkin谱元方法》,国际数值杂志。方法流体,76,8,522-548(2014)
[76] 佛梅尔,公元前。;F.D.威瑟顿。;Vincent,P.E.,《关于GPU加速高阶方法在非恒定流模拟中的应用:与行业标准工具的比较》,J.Compute。物理。,334, 497-521 (2017)
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。