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用于模拟浊流的高阶有限差分求解器,具有较高的并行效率。 (英语) Zbl 1504.65175号

小结:我们提出了一个高阶有限差分求解器,ParaTC公司,用于直接数值模拟具有典型湍流通道结构的浊流(水平方向的周期边界条件和垂直方向的非周期边界条件)。在流向和跨度方向上采用均匀网格,而在墙法线方向上可以使用拉伸网格。为了提高并行效率,我们提出了一种新的2D铅笔状并行结构,共有6种不同的铅笔排列。还包括一个并行Thomas算法,以进一步减少求解三对角方程时的通信开销。此外,我们在初始化阶段执行了一种优化搜索方法,以在特定网格配置的四种备选方案中找到最快的泊松解算器方案。传统的类铅笔泊松解算器与现有解算器的运行时比约为1.5。实现了近似线性的强缩放性能,同时也改善了弱缩放性能。进行了三个基准模拟,并将统计数据与谱方法从模拟中提取的统计数据进行了比较,取得了良好的一致性。源代码可在以下网站免费获得:https://github.com/GongZheng-Justin/ParaTC网站.

MSC公司:

6500万06 含偏微分方程初值和初边值问题的有限差分方法
35问题35 与流体力学相关的PDE
76-10 流体力学问题的数学建模或模拟
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全文: 内政部

参考文献:

[1] 梅伯格,E。;Kneller,B.,《浊流及其沉积》,年。流体力学版次。,42135-156(2010年)·Zbl 1345.76104号
[2] 坎特罗,M.I。;巴拉昌达尔,S。;坎泰利,A。;Pirmez,C。;Parker,G.,《带屋顶的浊流:悬浮泥沙驱动的自分层紊流河道水流的直接数值模拟》,J.Geophys。第114号决议,第C03008条,pp.(2009)
[3] 萨利纳斯,J。;巴拉昌达尔,S。;Shringarpure,M。;费德勒,J。;Hoyal,D。;Cantero,M.,通过间歇性级联界面不稳定性实现亚临界和超临界电流之间的软过渡,Proc。国家。阿卡德。科学。,117, 18278-18284 (2020)
[4] 布拉斯,A。;Tabak,P。;Verzicco,R。;史蒂文斯,R.J.A.M。;Lohse,D.,普朗特数对湍流剪切热对流的影响,《流体力学杂志》。,910、A37(2021)·Zbl 1461.76239号
[5] 内克尔,F。;哈特尔,C。;克莱塞,L。;Meiburg,E.,颗粒驱动重力流中的混合和耗散,J.Fluid Mech。,545, 339 (2005) ·Zbl 1085.76559号
[6] Espath,L.F.R。;平托,L.C。;Laizet,S。;Silvestrini,J.H.,颗粒态重力流的二维和三维直接数值模拟,计算。地质科学。,63, 9-16 (2014)
[7] 新泽西州拉帕卡。;Sarkar,S.,《复杂几何形状分层流直接和大涡模拟的浸没边界法》,J.Compute。物理。,322, 511-534 (2016) ·Zbl 1351.76181号
[8] 舒赫,F.N。;平托,L.C。;西尔维斯特里尼,J.H。;Laizet,S.,倾斜通道中柱塞现象的三维湍流解析模拟,地球物理学杂志。海洋研究,123,4820-4832(2018)
[9] 坎特罗,M.I。;坎泰利,A。;Pirmez,C。;巴拉昌达尔,S。;Mohrig,D。;希克森,T.A。;Yeh,T。;Naruse,H。;Parker,G.,《与浊流中湍流消退相关的大量浊积岩侵位》,《国家地质科学》。,5, 42-45 (2012)
[10] Ozdemir,C.E。;Yu,X.,精细沉积型稳定紊流河道中顺翼展坡诱导浊流的直接数值模拟:悬浮泥沙浓度和沉降速度的作用,Phys。流体,30,第126601条,pp.(2018)
[11] 郑,Z。;Yu,X。;Ozdemir,C.E。;徐天杰。;Balachandar,S.,《底部边界层细泥沙输移的湍流再求解数值模型-FineSed3D(1.0版)》,1-40(2015),纽瓦克中心。申请。海岸。Res.Univ.Del.,技术报告CACR-15-06
[12] Yu,X。;徐天杰。;Balachandar,S.,《底部边界层细泥沙输移的光谱型湍流分辨率方案》,计算。地质科学。,61, 11-22 (2013)
[13] 岳,L。;郑,Z。;Hsu Turbid,T.-J.,用于模拟底部边界层和细泥沙输移的湍流分辨率数值模型,1-47(2019),纽瓦克中心。申请。海岸。佛罗里达大学,技术报告CACR-19-02
[14] 岳,L。;郑,Z。;Hsu,T.,《波浪支撑重力流的湍流解析数值研究》,《地球物理学杂志》。海洋研究,125(2020)
[15] 范德波尔,E.P。;Ostilla-Mónico,R。;Donners,J。;Verzicco,R.,《强湍流壁面流动的铅笔分布有限差分代码》,计算。流体,116,10-16(2015)·Zbl 1390.76250号
[16] 朱,X。;菲利普斯,E。;斯潘丹,V。;Donners,J。;Ruetsch,G。;罗梅罗,J。;Ostilla-Mónico,R。;Yang,Y。;Lohse,D。;Verzicco,R。;法蒂卡,M。;Stevens,R.J.A.M.,AFiD GPU:用于GPU集群上壁边界湍流的通用Navier-Stokes解算器,Comput。物理学。社区。,229, 199-210 (2018)
[17] He,P.,稳定分层湍流通道流动大规模并行模拟的高阶有限差分求解器,计算。流体,127161-173(2016)·Zbl 1390.76572号
[18] Laizet,S。;Li,N.,《Incompact3d:一个强大的工具,可以处理多达O(105)个计算核心的湍流问题》,国际期刊Numer。《液体方法》,671735-1757(2011)·Zbl 1419.76481号
[19] OpenFOAM、OpenFOAM(2021年)
[20] 耐克5000、耐克5000(2021)
[21] Vreman,A.W。;Kuerten,J.G.M.,《(R e\tau=180\)湍流河道水流直接数值模拟数据库的比较》,Phys。流体,26,第015102条pp.(2014)
[22] 纪,C。;蒙吉扎,A。;Williams,J.J.R.,《一种新型迭代直接求解浸没边界法及其有限体积应用》,J.Compute。物理。,231, 1797-1821 (2012) ·Zbl 1408.76404号
[23] 多德,M.S。;Ferrante,A.,《不可压缩双流体流动的快速压力校正方法》,J.Compute。物理。,273, 416-434 (2014) ·Zbl 1351.76161号
[24] 龚,Z。;Fu,X.,一个铅笔分布式直接数值模拟解算器,具有粘性项的多种处理方法,Compute。数学。申请。,100, 141-151 (2021)
[25] 李,N。;Laizet,S.,2DECOMP&FFT-一个高度可扩展的2D分解库和FFT接口,(Cray用户组2010(2010)),13
[26] Kim,K.-H。;Kang,J.-H。;潘,X。;Choi,J.-I.,PaScaL_TDMA:大规模三对角系统的并行和可伸缩解算器库,计算。物理学。社区。,260,第107722条pp.(2021)·Zbl 1515.65277号
[27] Nasr-Azadani,M.M。;Meiburg,E.,TURBINS:用于模拟重力流和浊流与复杂地形相互作用的浸没边界Navier-Stokes代码,计算。流体,45,14-28(2011)·Zbl 1429.76018号
[28] Necker,F.,《颗粒驱动重力流的高分辨率模拟》,国际J.Multiph。流量,22(2002)·Zbl 1136.76590号
[29] 阿图菲,A。;斯科特·K·A。;Waite,M.L.,稳定分层明渠流中的动能级联,J.流体力学。,925年2月25日(2021年)·Zbl 1496.76076号
[30] 巴苏,S。;DeMarco,A.W。;He,P.,关于稳定分层流中温度波动的消散率,环境。流体力学。,21, 63-82 (2021)
[31] 史蒂文斯,R.J.A.M。;布拉斯,A。;朱,X。;Verzicco,R。;Lohse,D.,Rayleigh-Bénard对流中的湍流热超结构,物理学。《流体》第3版,第041501条,pp.(2018)
[32] Pirozzoli,S。;贝尔纳迪尼,M。;Orlandi,P.,《高雷诺数下湍流通道流动中的被动标量》,《流体力学杂志》。,788, 614-639 (2016) ·Zbl 1381.76109号
[33] 哈达迪安,S。;Ozdemir,C.E。;Goodlow,B.L。;薛,G。;Bentley,S.J.,《小型沿岸流支持的浊流的直接数值模拟:速度结构和阻力系数的概念研究》,J.Geophys。海洋研究,126(2021)
[34] 郭伟。;Shams,A。;佐藤,Y。;Niceno,B.,水平通道配置的混合对流液态金属流中浮力的影响,《国际热流学杂志》,85,第108630页,(2020年)
[35] 西蒙斯,M.P。;吉姆·内兹,J。;霍亚斯,南卡罗来纳州。;Mizuno,Y.,湍流边界层的高分辨率代码,J.Compute。物理。,228, 4218-4231 (2009) ·Zbl 1273.76009号
[36] Verzicco,R。;Orlandi,P.,圆柱坐标下三维不可压缩流的有限差分格式,J.Compute。物理。,123, 402-414 (1996) ·Zbl 0849.76055号
[37] Laizet,S。;Lamballais,E.,《不可压缩流动的高阶紧致格式:具有准谱精度的简单有效方法》,J.Compute。物理。,228, 5989-6015 (2009) ·Zbl 1185.76823号
[38] 北卡罗来纳州坎帕尼斯。;Ekaterinaris,J.A.,《不可压缩Navier-Stokes方程的交错网格高精度方法》,J.Compute。物理。,215, 589-613 (2006) ·兹比尔1173.76375
[39] Laizet,S。;兰巴拉斯,E。;Vassilicos,J.C.,将高阶格式、复杂几何和并行计算相结合的数值策略,用于分形生成湍流的高分辨率DNS,计算。流体,39,471-484(2010)·Zbl 1242.76078号
[40] 太阳,X.-H。;Sun,H.Z。;Ni,L.M.,多计算机上三对角系统解的并行算法,(Proc.3rd Int.Conf.Supercomput.ICS 89(1989),ACM出版社:希腊克里特岛ACM出版社),303-312
[41] 阿比德,S。;Binous,M.S。;Zeghmati,B.,三维不可压缩Navier-Stokes方程的高效并行高阶紧致格式,国际计算杂志。流体动力学。,31, 214-229 (2017) ·Zbl 07518029号
[42] 哈,S。;Park,J。;You,D.,基于ADI的不可压缩Navier-Stokes方程分步积分的多GPU方法,计算。物理学。社区。,265,第107999条pp.(2021)·兹比尔07695375
[43] Fftw 3.3.10,Fftw 3310(2021)
[44] O.阿亚拉。;Parishani,H。;Chen,L。;罗莎,B。;Wang,L.-P.,湍流云中流体动力学相互作用水滴的DNS:使用2D区域分解的并行实现和可伸缩性分析,计算。物理学。社区。,185, 3269-3290 (2014)
[45] Costa,P.,用于湍流大规模并行直接数值模拟的基于FFT的有限差分求解器,Comput。数学。申请。,76, 1853-1862 (2018) ·Zbl 1442.65156号
[46] 谢军。;他,J。;Bao,Y。;Chen,X.,三维不可压缩壁湍流的低通信开销并行DNS方法,国际计算杂志。流体动力学。,35, 413-432 (2021)
[47] László,E。;贾尔斯,M。;Appleyard,J.,《批量标量和块三对角解算器的许多核心算法》,ACM Trans。数学。软质。,42, 1-36 (2016) ·Zbl 1369.65047号
[48] 李,M。;Moser,R.D.,《湍流通道流动的直接数值模拟》,J.流体力学。,774, 395-415 (2015)
[49] García-Villalba,M。;delálamo,J.C.,《河道水流稳定分层对湍流的修正》,《物理学》。流体,23,第045104条pp.(2011)
[50] 施林加尔普尔,M。;坎特罗,M.I。;Balachandar,S.,由沉积物单分散悬浮液驱动的浊流中完全湍流抑制动力学,《流体力学杂志》。,712, 384-417 (2012) ·Zbl 1275.76153号
[51] 阿比德,S。;Binous,M.S。;Zeghmati,B.,三维不可压缩Navier-Stokes方程的高效并行高阶紧致格式,国际计算杂志。流体动力学。,31, 214-229 (2017) ·Zbl 07518029号
[52] 林奇(Lynch,R.)。;赖斯,J。;Thomas,D.,用张量积方法直接求解偏微分方程,Numer。数学。,6, 185-199 (1964) ·Zbl 0126.12703号
[53] 阿比德,S。;维亚佐,S。;拉斯波,I。;Randriamampiana,A.,分层旋转流高性能计算的高阶紧致格式,计算。流体,174300-310(2018)·Zbl 1410.76278号
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