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