náročné inženýrské problémy a superpočítání -...
TRANSCRIPT
Náročné inženýrské problémy a superpočítání
Tomáš Brzobohatý
Open source- zavedené sw produkty v oblasti CFD a CSM- výhody/nevýhody- ukázka efektivního využití
Úvod
Knihovny IT4Innovations- FLLOP- BEM4I- MatSol- …
CFD - pohyblivé sítě (AMI)
CFD - AeroakustikaBroadband Noise Source
CFD - optimalizace
0,009
0,01
0,011
0,012
1 2 3 4 5
Optimalizace koeficientu odporu prostředí
CFD – modelování znečištění
Plasmový hořák
Proudový hořák
CFD - Modelování spalování
Crash Testy
Bezpečnost chodců
Standardní úlohy SM
Co definuje náročnost výpočtu
Velikost úlohy- rozsáhlé celky, území
Fyzikální složitost- nelineární strukturální mechanika- proudění (spalování, AMI)- aeroakustika- optimalizace- FSI
Jak využít superpočítač pro tyto úlohy?
- více výpočtů současně
Paralelní strategie
- využití prostorové dekompozice- využití prostorové
a časové dekompozice
- paralelizace na úrovni algebry
Komerčnívs.
Open source
ANSYS, ANSYS FLUENT, CFXLS-DYNACOMSOLEnSightMATLABIntel compiler….
Komerční sw na IT4I
Code AsterCode SaturneElmerSU2
OpenFOAMPalabos
NetgenEnGridSalomeParaViewVisitScilab
OctavePETScTrilinos….
Open sourcezavedené OS sw produkty v oblasti CFD a CSM
SalomeCode AsterCode Saturne
Électricité de France
SalomeCode Aster Code Saturne
58 aktivních nukleárních reaktorů (ve Francii)
www.code-aster.org/
www.code-saturne.org/
Spolupráce na vývoji
Code Saturne- paralelní zjemňování sítě
Mesh multiplication package
Výpočet zařízení pro chlazení reaktoru (Large-Eddy Simulation )
Velikost sítě 105 miliard buněkTestováno na 524 288 jádrech
Spoluprace na vývoji
Code Aster- rozhraní pro paralelní řešič FLLOP
Počet oblastí
Početneznámých
Čas výpočtu
40 000 1.277 miliardy 218 s
FLLOP Library – FETI Light Layer On top of PETSc
Knihovna pro rozsáhlé výpočty úloh kvadratického programování
Elmer
CSC - IT Center for Science
• Teplo
• Strukturalnímechanika
• Proudění
• Elektromagnetismus
• Akustika
• Kvantová mechanika
• Multifyzika
http://www.csc.fi/english/pages/elmer
Spoluprace na vývoji
Elmer- rozhraní pro paralelní řešič FLLOP
SU2
0,009
0,01
0,011
0,012
1 2 3 4 5
Optimalizace koeficientu odporu prostředí
SU2 stanford unstructured
OpenFOAM
OpenFOAM• The OpenFOAM® (Open Field Operation and Manipulation) CFD Toolbox postavený na
C++.
• OpenFOAM je free and open source software, pod licencí GNU General Public License.
• OpenFOAM obsahuje více než 80 řešičů, pro simulaci specifických problémů inženýrskémechaniky, více jak 170 utilit umožňujících pre- a post-processing, prace se sítí, vizualizace, atd.
• jednoduchá syntaxe pro parcialni diferencialnirovnice
• podpora nestrukturovanych sití
• Automatická paralelizace aplikací napsanýchpomocí syntaxe OpenFOAM
• Komerční podpora a školení poskytované vývojáři
• Úprava kódu• Implementace nových řešičů• Využití akcelerátorů
Intel Xeon PHI Nvidia Tesla
OpenFOAM
• SHAMPOO - Tvorba GUI možnost úprav v závislosti na požadované funkcionalitě
OpenFOAM
Příklad rozšíření OpenFOAM• Výpočet zdrojů akustických emisí z CFD analýzy
OpenFOAM
• šíření tepla, šíření zvuku• umožnuje paralelní řešení • vlnová rovnice ve frekvenční oblasti• časově závislá vlnová rovnice
Další vývoj bude zaměřenna implementací tvarovéoptimalizace pomocí BEM.
BEM4I
open source CFD on ANSELM
BENCHMARKS
Boeing 787 Dreamliner
open source CFD on ANSELMBenchmarks
open source CFD on ANSELMBenchmarks
Boeing 787 Dreamliner106.2 M Cells637.2 M UnknownsMesh generated bysnappyHexMeshsimpleFoamk-omegaSST2000 time step iter.
solver parametersp - GAMGU - smoothSolverk - smoothSolveromega - smoothSolver
Tolerance – 1e-7relativeTolerance – 0.1
open source CFD on ANSELMBenchmarks
Boeing 787 Dreamliner
Lamborghini Aventador
open source CFD on ANSELMBenchmarks
Lamborghini Aventadoropen source CFD on ANSELM
Benchmarks
225.3 M Cells1351.8 M UnknownsMesh generated bysnappyHexMeshsimpleFoamk-omegaSST2000 time step iter.
solver parametersp - GAMGU - smoothSolverk - smoothSolveromega - smoothSolver
Tolerance – 1e-8relativeTolerance – 0.001
Lamborghini Aventadoropen source CFD on ANSELM
Benchmarks
Hydraulický ventilopen source CFD on ANSELM
Benchmarks
52.3 M CellsMesh generated byANSYS WorkbenchsimpleFoamk-omegaSST1000 time step iter.
Hydraulický ventilopen source CFD on ANSELM
Benchmarks
Hydraulický ventilopen source CFD on ANSELM
Benchmarks
3264
256
0
500
1000
1500
2000
6 14 52
Tim
e [s
]
N Cells [M]
Teplotní čidloopen source CFD on ANSELM
Benchmarks
5.3 M CellsMesh generated byANSYS WorkbenchchtMultiRegionSimpleFoamk-epsilon1000 time step iter.11 regions
Teplotní čidloopen source CFD on ANSELM
Benchmarks
Modelování Radiaceopen source CFD on ANSELM
Benchmarks
17.3 M CellsMesh generated byANSYS WorkbenchchtMultiRegionSimpleFoamfvDOM Radiation Modellaminar20000 time step iter.6 Regions
Modelování Radiaceopen source CFD on ANSELM
Benchmarks
Lamborghini Aventadoropen source CFD on ANSELM
Benchmarks
Transient solver - pisoFoam23 M CellsnCorrectors 2k-omegaSSTsolver parametersp - PCGU - PBiCGk - PBiCGomega - PBiCG
Lamborghini Aventadoropen source CFD on ANSELM
Benchmarks
20 000 time stepssolution time - 40 hr256 cores
VSB Campusopen source CFD on ANSELM
Benchmarks
VSB Campusopen source CFD on ANSELM
Benchmarks
18 M CellsMesh generated bysnappyHexMeshsimpleFoamk-epsilon2000 time step iter.
VSB Campusopen source CFD on ANSELM
Benchmarks
open source CFD on ANSELM
Tvorba velkých sítísnappyHexMesh
Tvorba velkých sítíopen source CFD on ANSELM
Benchmarks
Tvorba velkých sítíopen source CFD on ANSELM
Benchmarks
snappyHexMeshVSB Campus
open source CFD on ANSELMBenchmarks
0,01
0,51
1,01
1,51
0 50 100 150
open source CFD on ANSELMBenchmarks
Boeing 787 Dreamliner
N cores 256 512 1024
Time [h] 1.5 2 1.9
snappyHexMesh škálovatelnost
Lamborghini Aventadoropen source CFD on ANSELM
Benchmarks
N cores 128 256 512 1024
Time [h] 3.7 2.5 3.1 3.7
snappyHexMesh škálovatelnost
Benchmarketopen source CFD on ANSELM
Benchmarks
benchmarket.it4i.cz open source CFD on ANSELMBenchmarks
Palabos
Komerční produkty:• PowerFLOW• XFlow
Open-source CFD založený na lattice Boltzmannově metodě• nestlačitelné proudění• nestlačitelné proudění s přenosem tepla• pohybující se objekty• multifázové proudění, volná hladina
Palabos
http://www.palabos.org/
• nonlinear materials, plasticity, hyperelasticty• large deformation, rotation• sable discretization techniques• combine FEM and BEM discretization• FETI, TFETI, FETI-DP, H-FETI• BETI, BFETI, BETI-DP, H-BETI• error estimation• robust transient algorithms• multiphysic analysis thermal – structural• nonlinear solvers, Newton-Rhapson, Line search, Arc-length• contact algorithms SMALSE, MPGP, Semi-smooth Newton• thermal analysis, convection, conduction, steady state, transient, nonlinear• with OOSol/CORBA massive parallelization is possible! OOSol/CORBA
substitute Matlab Distributed Computing Engine• Incompressible flow
MatSolThermal analysis railway's wheels and relining
MatSol