1 / 18

Nilay Sezer-Uzol Makine Mühendisliği Bölümü TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi Ankara, Türkiye

Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ile Üç-Boyutlu Karmaşık Akış Problemlerinin Yüksek Başarımlı Hesaplamaları. Nilay Sezer-Uzol Makine Mühendisliği Bölümü TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi Ankara, Türkiye. İçerik. Giriş Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Paralel Hesaplama

chet
Télécharger la présentation

Nilay Sezer-Uzol Makine Mühendisliği Bölümü TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi Ankara, Türkiye

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ile Üç-Boyutlu Karmaşık Akış ProblemlerininYüksek Başarımlı Hesaplamaları Nilay Sezer-Uzol Makine Mühendisliği Bölümü TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi Ankara, Türkiye

  2. İçerik • Giriş • Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği • Paralel Hesaplama • Örnek Simülasyonlar • Sonuçlar

  3. Giriş • Birçok mühendislik uygulamasında akışlar: • Kompleks geometriler etrafında • Üç boyutlu (3-D) • Zamana göre değişen (unsteady) • Kopmalı (separated) • Girdaplı (vortical) • Türbülanslı (turbulent) • Yüksek başarımlı paralel hesaplamalar sayesinde bu akışların Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) simülasyonları mümkün olmaktadır. Rotor Apache İniş takımı LHA Küre Robin

  4. Giriş – Türbülans Modellemesi • Direct Numerical Simulations (DNS) • Bütün ‘scale’ ler çözümlenir • Large Eddy Simulations (LES) • Sadece büyük ‘scale’ ler çözümlenir, küçükler modellenir • Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) • Bütün ‘scale’ ler modellenir • Reynolds Stress Models ( 7 additional PDEs) • 2 – equation models (e.g., k-, k-) • 1 – equation models (e.g.,Spalart-Almaras) • Algebraic Models (e.g., Baldwin-Lomax) Yüksek Reynolds sayıları için yakın gelecekte pek mümkün değil Yakın gelecekte pratikte kullanılabilir Artan Fizik • Hibrit metodlar • ‘Coupled’ LES-RANS metodları (e.g., DES, FSM) Azalan İş Rutin olarak kullanılır fakat birçok akış için doğru sonuç vermez

  5. Giriş – Sayısal Hesaplama Maliyeti • Moore Kanunu: hesaplama hızı her 18 ayda 2 katına çıkmaktadır. • TOP500 süperbilgisayarlar: • 70%  Paralel öbek bilgisayarlar

  6. Giriş – Sayısal Hesaplama Maliyeti • Moore Kanunu: hesaplama hızı her 18 ayda 2 katına çıkmaktadır. • 100 prosesör(4 GHz, 800 Mflops 2004),10 gün, ve1000*m*n3 operasyon kabul edilirse DNS : n3 ~ Re2.25 & m ~ 23*n LES : n3 ~ Re1.8 • Çözülebilen en büyükRe & n3 2003: n3 = 6.9*1010 (ES’te) 2080: Re = 7*107 (bir kanat için)

  7. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) Ön-İşleme Hesaplama Ard-İşleme

  8. HAD Akış Çözücü: PUMA2 PUMA2:Parallel Unstructured Maritime Aerodynamics-2 • 3-DParalel Zamana Göre Değişken Euler / Navier-Stokesçözücü • Sonlu Hacim formulasyonu (Finite Volume) • Düzensiz çözüm ağları: tetrahedral, wedges, pyramids and hexahedral (bricks) (Unstructured Grids) • Yazılım dili: C / C++veMPI • Runge-Kutta, Jacobi veçeşitliSuccessive Over-Relaxation (SOR)metodları,RoeveVan Leersayısal akı metodları • Daimi ve Zamana bağlı hesaplamalar (Pseudo-steady-state(local time-stepping) &time accurate) • Large Eddy Simulation

  9. Navier-Stokes Denklemleri Navier-Stokes denklemleri • 3-D unsteady, compressible, viscous flows with moving body

  10. Hesaplamalı Yönlendirme Aracı: POSSE POSSE:Portable Object-oriented Scientific Steering Environment • Paralel bilgisayarlarda çalışan paralel simülasyonların gerçek zamanlı olarak izleme, yönlendirme ve görüntülenmesi • Yazılım dili:C++ (Modi et al. 2002) • Client / Serveryaklaşımı • Herhangi bir C/C++ simülasyonkodu ile kolaylıkla entegre edilebilir ! - Easy to use (hides most of the complexities) - Compact (3500 lines of code) - Fast (extensive use of templates) - Portable (Linux/HP-UX/SunOS/Windows 2000) - Multi-threaded (simultaneous multiple clients) - Lightweight(very low overhead)

  11. HAD Sistemi: PUMA2 + POSSE • POSSEilePUMA2’nin entegrasyonu • PUMA2’ye özelizleme, yönlendirme ve görüntülemekullanıcı arayüzü (GUI) • Eş-yüzey (Iso-surface) fonksiyonu • Tecplot, Fieldview, Ensight gibi hazır yazılımlar ile kullanım • Sanal Gerçeklik sistemleri ile görüntüleme (Virtual Reality (VR) systems) • stereographics / stereo-sound

  12. Paralel Hesaplama Paralel Bilgisayarlar • TOBB ETÜ Öbek-I: Toplam 16 işlemci - 4 adet SUN X2200 düğüm - 8 adet çift işlemci: 1.8 GHz hız ve 2 GB bellek AMD Opteron - Gigabit Ethernet bağlantısı - SUN Solaris işletim sistemi • TOBB ETÜ Öbek-II: Toplam 18 işlemci - 5 adet SUN X2200 düğüm - 2 adet dört işlemci: 1.9 GHz hız ve 4 GB bellek AMD Opteron - 5 adet çift işlemci: 1.8 GHz hız ve 4 GB bellek AMD Opteron - Gigabit Ethernet bağlantısı - Linux işletim sistemi • Tübitak Ulakbim TR-Grid sistemi

  13. Paralel Hesaplama Ağ Bölümleme (Grid Partitioning) Gibbs-Poole-Stockmeyer Reordering (GPS) Graph Partitioning (METIS) • METIS:işlemciler arasında gönderilen mesaj uzunlukları minimize edilirken işlemcilerin komşu sayısı artırılır. - düşük gecikme süresine (latency) sahip sistemler için uygun. • GPS: daha az sayıda ama uzun mesaj gönderimi sağlanır, her işlemcinin komşu sayısı azaltılır, böylece haberleşme zamanı minimize edilir. - Beowulf öbekleri gibi yüksek gecikme süresine sahip paralel hesaplama platformları için daha uygundur.

  14. Rüzgar Türbini Simülasyonları Döner kanatlar etrafındaki üç-boyutlu ve zamana göre değişken akımlar, hem rüzgar türbinlerinin hem de helikopter rotorlarının aerodinamik ve gürültü karakteristikleri açısından önemlidir. Rüzgar türbini rotorları genellikle düzenli olmayan akışlar içerisinde çalışırlar: • Açı ile gelen rüzgar • Rotor iz bölgesi ile etkileşim • Kule iz bölgesi ile etkileşim • Ani ve şiddetli rüzgarlar • Atmosferik sınır tabaka • Atmosferik türbülans

  15. Rüzgar Türbini Simülasyonları Rüzgar Türbini Rotoru • 2-kanatlı NREL Phase VI HAWT Rotor • S809 profili, 5.029 m yarıçap, 5 yunuslama açısı, lineer daralma velineer olmayan burulma, 72 rpm • Çözüm ağı: 3.6M ve 4.2M dört-yüzeyli hücre • Inviscid: 6 gün- 32 işlemci(Lion-xl) • LES : 1.5 / 8 gün- 64 işlemci(NCSA)

  16. Topografya Simülasyonları Mikro yerleştirme ile rüzgar türbinlerinin seçilen bir topografya üzerinde uygun rüzgar dağılımı olan bölgelere nasıl yerleştirileceğinin belirlenmesi oldukça önemlidir. • Hesaplama alanı:Marmara Bölgesi’nden seçilen 3 km x 3 km’lik bir alan ve yerden yüksekliği yaklaşık 1 km’dir. • Çözüm ağı: 800K dört-yüzeyli hücre sayısına sahip yapısal olmayan bir ağdır.

  17. Küp Etrafındaki Akış Simülasyonları Yüksek yapılar/binalar etrafındaki üç-boyutlu, komplex, kopmalı ve girdaplı akışların incelenmesi yapısal tasarım ve yüklerin belirlenmesi açısından büyük önem taşımaktadır. • Hesaplama alanı: 15L x 10L x 5L ve L = 0.3 m • Çözüm ağı: 750K dört-yüzeyli hücre sayısına sahip yapısal olmayan bir ağdır. • Her bir çözüm dosyası 40 MB. • 1 iterasyon için 16 işlemcide 4 saniye gerekmektedir. (TOBB-ETÜ Öbek-I)

  18. Sonuçlar • Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) ile üçboyutlu karmaşık akışların yüksek başarımlı hesaplamaları çeşitli örnek problemler ile anlatıldı. • Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Makine Mühendisliği ve Rüzgar Mühendisliği alanında,tasarım aşamasında henüz istenilen kolaylık ve hızda olmamasına rağmen, birçok akış problemlerinin çözümü HAD ve Yüksek Başarımlı Hesaplama ile mümkün olabilmektedir. • Bu problemlerde öbek bilgisayarların kullanımı ve paralel hesaplama büyük öneme sahiptir. • Topografya Akış Simülasyonları ve Yüksek-Binalar Etrafındaki Akış Simülasyonları devam etmektedir.

More Related