Оптимальная стратегия расчета турбулентных течений с усреднением по ансамблю реализаций
Автор: Борис Иосифович Краснопольский
Организация: НИИ механики МГУ
Рост потенциала высокопроизводительных вычислительных систем открывает новые возможности в плане разработки перспективных численных методов для решения задач математической физики. Одними из приложений, где оказываются востребованными высокопроизводительные вычисления, являются задачи моделирования турбулентных течений в рамках вихреразрешающих методов. В [1, 2] был предложен новый подход ускорения расчетов статистически стационарных турбулентных течений, основанный на комбинации осреднения по времени и по ансамблю независимых реализаций одного и того же турбулентного течения. Указанный подход позволяет сократить длительность расчета для каждого из состояний, и, в некотором смысле, распараллелить вычисления по времени.
В работах [1] и [2] были использованы различные стратегии для расчета множества состояний течения. В [1] предлагается проводить расчет каждого состояния независимо, и ускорять расчет за счет увеличения количества вычислительных устройств. В [2], наоборот, все расчеты выполняются в рамках одного запуска на заданном количестве вычислительных ресурсов, а ускорение времени решения задачи достигается за счет повышения вычислительной эффективности используемых численных методов. Вообще говоря, указанные публикации реализуют два предельных случая более общей схемы, сочетающей расчет нескольких состояний в рамках нескольких независимых расчетов. В настоящем докладе рассматривается обобщенная расчетная схема и предлагается критерий выбора оптимальной конфигурации расчета [3]. Предложенные теоретические оценки сопоставляются с результатами численных экспериментов, проведенных на примере задачи об обтекании турбулентным потоком массива кубов, расположенных на стенке плоского канала.
Работа частично поддержана грантом РФФИ 17-01-00140-а. Для расчетов использовалось оборудование Центра коллективного пользования сверхвысокопроизводительными вычислительными ресурсами МГУ имени М.В. Ломоносова.
1. Makarashvili V., Merzari E., Obabko A., Siegel A., Fischer P. A performance analysis of ensemble averaging for high fidelity turbulence simulations at the strong scaling limit // Computer Physics Communications, vol. 219, p. 236-245, 2017. doi: 10.1016/j.cpc.2017.05.023
2. Krasnopolsky B. An Approach for Accelerating Incompressible Turbulent Flow Simulations Based on Simultaneous Modelling of Multiple Ensembles // Computer Physics Communications, 2018. doi:10.1016/j.cpc.2018.03.023
3. Krasnopolsky B. Optimal strategy for modelling turbulent flows with ensemble averaging on high performance computing systems // Lobachevskii Journal of Mathematics, vol. 39, № 4, p. 533-542, 2018. doi: 10.1134/S199508021804008X
