ივანე ჯავახიშვილის...

23
ლექცია 10 ივანე ჯავახიშვილის სახელობის თბილისის სახელმწიფო უნივერსიტეტი

Upload: doankhanh

Post on 08-Feb-2018

230 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: ივანე ჯავახიშვილის ...tevza.org/home/course/modelling-II_2016/Sim10.pdf · თბილისის სახელმწიფო

ლექცია 10

ივანე ჯავახიშვილის სახელობის თბილისის სახელმწიფო უნივერსიტეტი

Page 2: ივანე ჯავახიშვილის ...tevza.org/home/course/modelling-II_2016/Sim10.pdf · თბილისის სახელმწიფო

Grids

Static Grids:

Uniform Grids;- Cartesian

- Curvilinear

Non-Uniform Grids;

Irregular Grids;

Dynamic Grids:

AMR (Adaptive Mesh Refinement)

Page 3: ივანე ჯავახიშვილის ...tevza.org/home/course/modelling-II_2016/Sim10.pdf · თბილისის სახელმწიფო

Grids

Grid Geometry Dependences

• Form of the Equations

• Numerical Differentiation

• Boundary Conditions

Why?

- CPU time

- Memory

- Accuracy

Page 4: ივანე ჯავახიშვილის ...tevza.org/home/course/modelling-II_2016/Sim10.pdf · თბილისის სახელმწიფო

Uniform Grid

Numerical Differentiation

Forward

y’(x) = [y(x) – y(x-h)]/h

Backward

y’(x) = [y(x+h) – y(x)]/h

Higher order derivative

Page 5: ივანე ჯავახიშვილის ...tevza.org/home/course/modelling-II_2016/Sim10.pdf · თბილისის სახელმწიფო

Uniform: Polar

Curvilinear coordinates

1.) Euler Equation: additional terms

2.) Curvilinear Derivatives

Page 6: ივანე ჯავახიშვილის ...tevza.org/home/course/modelling-II_2016/Sim10.pdf · თბილისის სახელმწიფო

Non-Uniform Grids

Numerical Derivative:

Stretching factor:

limited

Reflected waves from

inhomogeneous grid:

>15-20%

Page 7: ივანე ჯავახიშვილის ...tevza.org/home/course/modelling-II_2016/Sim10.pdf · თბილისის სახელმწიფო

Non-Uniform Curvilinearf/r assymmetry

Radial stretching

quasi-rectangular grid

Page 8: ივანე ჯავახიშვილის ...tevza.org/home/course/modelling-II_2016/Sim10.pdf · თბილისის სახელმწიფო

Chebyshev Grid

Chebyshev polynomials

Spectral Method on non-uniform grids

Page 9: ივანე ჯავახიშვილის ...tevza.org/home/course/modelling-II_2016/Sim10.pdf · თბილისის სახელმწიფო

Irregular Grids

Grid Generation:

Problem-specific grid geometry

non-regular grids

Page 10: ივანე ჯავახიშვილის ...tevza.org/home/course/modelling-II_2016/Sim10.pdf · თბილისის სახელმწიფო

Triangular Grids

Higher resolution (Reynolds number) for the similar

grid points compared with Cartesian grid;

+ Finite Volume

Page 11: ივანე ჯავახიშვილის ...tevza.org/home/course/modelling-II_2016/Sim10.pdf · თბილისის სახელმწიფო

Complex boundaries

varying cell geometry / triangular

(industry)

Page 12: ივანე ჯავახიშვილის ...tevza.org/home/course/modelling-II_2016/Sim10.pdf · თბილისის სახელმწიფო

Irregular polar non-uniform

Page 13: ივანე ჯავახიშვილის ...tevza.org/home/course/modelling-II_2016/Sim10.pdf · თბილისის სახელმწიფო

Unstructured grids

Irregular vs Unstructured grid

Page 14: ივანე ჯავახიშვილის ...tevza.org/home/course/modelling-II_2016/Sim10.pdf · თბილისის სახელმწიფო

Voronoi Tesselation

Finite Volume – Cosmology sim (AREPO);

Radiative transfer simulationsCamps et al. 2013

Page 15: ივანე ჯავახიშვილის ...tevza.org/home/course/modelling-II_2016/Sim10.pdf · თბილისის სახელმწიფო

AMR

Adaptive Mesh Refinement:

Multi-scale problems

Scale 1: L1 ~ 0.01 m

Scale 2: L2 ~ 100 m

Dx ~ 0.001m

L ~ 1000m

N ~ 10^6

2D: N^2 ~ 10^12

3D: N^3 ~ 10^18

Page 16: ივანე ჯავახიშვილის ...tevza.org/home/course/modelling-II_2016/Sim10.pdf · თბილისის სახელმწიფო

AMR

Dynamic mesh geometry:

Adaptation to problem

- Magnetic reconnection

- Self gravity

- Multiscale phenomena

Page 17: ივანე ჯავახიშვილის ...tevza.org/home/course/modelling-II_2016/Sim10.pdf · თბილისის სახელმწიფო

Adaptive Mesh Refinement

- Set refinement levels;

- Start with a course grid;

- Identify problem regions;

- Overimpose finer sub-grid;

Save memory;

Save CPU;

Page 18: ივანე ჯავახიშვილის ...tevza.org/home/course/modelling-II_2016/Sim10.pdf · თბილისის სახელმწიფო

AMR

Refinement levels

Page 19: ივანე ჯავახიშვილის ...tevza.org/home/course/modelling-II_2016/Sim10.pdf · თბილისის სახელმწიფო

AMR problems

Reconnection

Gravitational clustering

Page 20: ივანე ჯავახიშვილის ...tevza.org/home/course/modelling-II_2016/Sim10.pdf · თბილისის სახელმწიფო

AMR

Star formation:

Density structure of a barotropic

collapse with magnetic field,

computed with NIRVANA3.

adaptive mesh refinement

and self-gravitation.

U. Ziegler (2005)

Page 21: ივანე ჯავახიშვილის ...tevza.org/home/course/modelling-II_2016/Sim10.pdf · თბილისის სახელმწიფო

AMR in action

Page 22: ივანე ჯავახიშვილის ...tevza.org/home/course/modelling-II_2016/Sim10.pdf · თბილისის სახელმწიფო

Summary

Static Cartesian Grid (simple, fast)

Polar, Spherical (rotation, axial symmetry)

Non-Uniform (increasing resolution, static setup)

Chebishev (Boundary effects, spectral)

AMR (Multiscale problems)

Direct comparison:

More Complex, More CPU, Less Memory

Performance = Balance (CPU,Memory)

Page 23: ივანე ჯავახიშვილის ...tevza.org/home/course/modelling-II_2016/Sim10.pdf · თბილისის სახელმწიფო

end

www.tevza.org/home/course/modelling-II_2016/