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高性能计算环境中三维大规模时变粘弹性流动的计算模拟。 (英语) Zbl 1282.76047号

摘要:介绍了一种并行软件的开发,该软件用于模拟涉及多模态粘弹性流体流动的大规模时间相关三维问题。计算环境依赖于与有限元求解器集成的PETSc(可移植、可扩展的科学计算工具包)组件。使用DEVSS-G/SUPG公式和构象张量的对数重表示来稳定代码。实现了一种算子分裂时间积分方案,从而使连续性方程和动量平衡方程的解解耦。由连续性和动量离散化产生的大型线性系统由多波前大规模并行求解器(MUMPS)求解。应用于本构方程的时间积分方案也产生了由MUMPS求解的六个解耦线性系统(每个应力分量一个)。
选择了三个测试用例来展示并行代码的性能和局限性。在第一个示例中,研究了Giesekus流体在压力驱动的方形通道中的流动。在第二个试验中,计算了球体上的非定常阻力,在第三个示例中,考虑了剪切粘弹性流体中的固体颗粒,因此涉及到移动边界。
并行软件对有限元网格与时间无关的问题具有很高的性能。在这种情况下,Stokes-like系统的系数在时间上是恒定的,矩阵分解仅在第一个时间步长计算,并在整个模拟过程中保持不变,大大减少了总计算时间。另一方面,无论是否需要在每个时间步计算因式分解,求解时间都会增加一个数量级以上,这表明需要寻找替代的迭代求解器。
最后,对于所有测试用例,使用相对于软件在大于1的处理器上的执行时间的标准化加速来评估并行软件的可伸缩性。这是必要的,因为内存要求很高。实验结果验证了随着问题规模和处理器数量的增加,并行代码的性能提高。

MSC公司:

76A10号 粘弹性流体
76M10个 有限元方法在流体力学问题中的应用
2005年5月 并行数值计算
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全文: 内政部