Расчеты развития неустойчивости на границе раздела газов по методике МЕДУЗА с выделением контактной линии в смешанных ячейках Барабанов Роман Анатольевич, - презентация

1 Расчеты развития неустойчивости на границе раздела газов по методике МЕДУЗА с выделением контактной линии в смешанных ячейках Барабанов Роман Анатольевич, Бутнев О.И., Волков С.Г., Жогов Б.М., Пронин В.А., Логинова О.К., Садчиков В.В. РФЯЦ-ВНИИЭФ, г.Саров

2 1.Методика МЕДУЗА 2.Результаты расчетов в однопроцессорном режиме Сравнение с экспериментом 3.Распараллеливание счета системы уравнений газовой динамики 4.Результаты расчетов в параллельном режиме Содержание

3 Двумерная нерегулярная лагранжева методика МЕДУЗА Рассчитываемые физические процессы: Газодинамика Теплопроводность Упругопластика Детонация Перенос излучения Система уравнений газовой динамики в операторной форме (U – скорость, V – удельный объем, P – давление, E – удельная внутренняя энергия)

4 Двумерная нерегулярная лагранжева методика МЕДУЗА. Основные характеристики Решение ищется на основании лагранжева подхода (сетка движется вместе с веществом) Определение всех сеточных величин (скалярных и векторных) в центре ячейки Переменный разностный шаблон численного интегрирования системы дифференциальных уравнений (нерегулярная сетка) Возможность изменения топологии сетки в процессе счета, переопределение соседства по принципу Дирихле (метрической близости) Однообластная модель решения, расчет термодинамических параметров смешанных ячеек на основании многокомпонентного подхода

5 Двумерная нерегулярная лагранжева методика МЕДУЗА. Построение расчетной сетки Регулярная сеткаТриангуляция Этап 1Этап 2

6 Построение ячеек интегрирования (центры тяжести треугольников) Чистая 1 Чистая 2Смешанная Двумерная нерегулярная лагранжева методика МЕДУЗА. Построение расчетной сетки Этап 3Этап 4

7 Фрагмент расчетной сетки Организация связей сеточной топологии Pointer_Point_to_Rib(P0)=R1 Pointer_Rib_to_Point1(R1)=P0 Pointer_Rib_to_Point2(R1)=P1 Pointer_Rib_to_Rib1(R1)=R2 Pointer_Rib_to_Rib2(R1)=R3 Двумерная нерегулярная лагранжева методика МЕДУЗА. Построение расчетной сетки

8 Двумерная нерегулярная лагранжева методика МЕДУЗА. Восстановление контактной границы по полю концентраций Поле концентраций Концентрации в узлах Этап 2Этап 1

9 Восстановленная граница раздела сред Двумерная нерегулярная лагранжева методика МЕДУЗА. Восстановление контактной границы по полю концентраций Этап 3

10 Задача о падении плоской ударной волны на заполненную тяжелым газом прямоугольную область

11 Результаты эксперимента Frame – рамка DW – прямая ударная волна RW – отраженная ударная волна BW – боковая ударная волна MW – волна Маха 1-st, 2-nd Whirl – зоны вихрей

12 Динамика процесса развития неустойчивости

13 Поле скоростей в расчете на точек

14 Результат эксперимента на время 1.5 мс Вихри Ударные волны

15 Результат расчета на время 1.5 мс (96000 точек)

16 Сравнение расчета с экспериментом

17 Поле веществ в расчете на точек

18 Поле веществ в расчете на точек

19 Поле веществ в расчете на точек

20 Поле веществ в расчете на точек

21 Зона основного вихря в расчете на точек

22 Фрагмент расчетной сетки

23 Наложение поля веществ для трех вариантов расчета

24 Сравнение расчета с экспериментом

25 Алгоритмы распараллеливания Распараллеливание на распределенной памяти (масшатбируемость по числу процессоров) Геометрическая декомпозиция задачи на процессоры (компактирование) Частичное перекрытие счетных областей- компактов (на 2 слоя счетных ячеек) Типы декомпозиции: полосы, клетки Связывание локальных номеров точек, лежащих в зоне пересечения компактов Разбиение счетных областей на непересекающиеся подмножества путем выделения точек, прилежащих к межпроцессорным границам (совмещение счета с обменами)

26 Минимизация количества обменов Буферизация данных для обменов путем организации списковых структур Использование библиотеки обменов стандарта MPI Использование асинхронных обменов (число асинхронно работающих ветвей равно числу процессоров) Использование стандарта Фортран-90 с динамическим выделением памяти под областные массивы Алгоритмы распараллеливания

27 Схема декомпозиции области на 4 процессора с типом декомпозиции клетки

28 Исследование эффективности распараллеливания - ускорение - эффективность t 1 – время расчета на одном процессоре, t p – время расчета на P процессорах Расчеты велись на числе процессоров 2,4,8,16,32 3 серии расчетов по числу счетных точек: M=K=200 M=200 K=800 M=K=800 2 типа декомпозиции для каждого расчета: полосы по вертикали и полосы по горизонтали

29 Зависимость эффективности распараллеливания от числа процессоров для расчетов с разным числом счетных точек и разными типами декомпозиции