Náročné inženýrské problémy a superpočítání Tomáš Brzobohatý
Úvod Open source - zavedené sw produkty v oblasti CFD a CSM - výhody/nevýhody - ukázka efektivního využití
Knihovny IT4Innovations - FLLOP - BEM4I - MatSol -…
CFD - pohyblivé sítě (AMI)
CFD - Aeroakustika Broadband Noise Source
CFD - optimalizace Optimalizace koeficientu odporu prostředí
0,012 0,011 0,01 0,009 1
2
3
4
5
CFD – modelování znečištění
CFD - Modelování spalování Plasmový hořák
Proudový hořák
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?
Paralelní strategie - více výpočtů současně - paralelizace na úrovni algebry - využití prostorové dekompozice - využití prostorové a časové dekompozice
Komerční vs. Open source
Komerční sw na IT4I ANSYS, ANSYS FLUENT, CFX LS-DYNA COMSOL EnSight MATLAB Intel compiler ….
Open source zavedené OS sw produkty v oblasti CFD a CSM
Code Aster Code Saturne Elmer 2 SU OpenFOAM Palabos
Netgen EnGrid Salome ParaView Visit Scilab
Octave PETSc Trilinos ….
Salome Code Aster Code Saturne
Électricité de France 58 aktivních nukleárních reaktorů (ve Francii)
Salome Code Aster Code Saturne
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 buněk Testováno na 524 288 jádrech
Spoluprace na vývoji Code Aster - rozhraní pro paralelní řešič FLLOP
FLLOP Library – FETI Light Layer On top of PETSc Počet oblastí
Počet neznámých
Čas výpočtu
40 000
1.277 miliardy
218 s
Knihovna pro rozsáhlé výpočty úloh kvadratického programování
Elmer
CSC - IT Center for Science • Teplo
• Akustika
• Strukturalní mechanika
• Kvantová mechanika
• Proudění
• Multifyzika
• Elektromagnetismus http://www.csc.fi/english/pages/elmer
Spoluprace na vývoji Elmer - rozhraní pro paralelní řešič FLLOP
2 SU
2 stanford unstructured SU
Optimalizace koeficientu odporu prostředí
0,012 0,011 0,01 0,009 1
2
3
4
5
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 inženýrské mechaniky, více jak 170 utilit umožňujících pre- a post-processing, prace se sítí, vizualizace, atd. • jednoduchá syntaxe pro parcialni diferencialni rovnice • podpora nestrukturovanych sití • Automatická paralelizace aplikací napsaných pomocí syntaxe OpenFOAM • Komerční podpora a školení poskytované vývojáři
OpenFOAM • 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
BEM4I • • • •
šíření tepla, šíření zvuku umožnuje paralelní řešení vlnová rovnice ve frekvenční oblasti časově závislá vlnová rovnice
Další vývoj bude zaměřen na implementací tvarové optimalizace pomocí BEM.
open source CFD on ANSELM
BENCHMARKS
open source CFD on ANSELM Benchmarks
Boeing 787 Dreamliner
open source CFD on ANSELM Benchmarks
Boeing 787 Dreamliner 106.2 M Cells 637.2 M Unknowns Mesh generated by snappyHexMesh simpleFoam k-omegaSST 2000 time step iter.
solver parameters p U k omega
- GAMG - smoothSolver - smoothSolver - smoothSolver
Tolerance – 1e-7 relativeTolerance – 0.1
open source CFD on ANSELM Benchmarks
Boeing 787 Dreamliner
open source CFD on ANSELM Benchmarks
Lamborghini Aventador
open source CFD on ANSELM Benchmarks
Lamborghini Aventador 225.3 M Cells 1351.8 M Unknowns Mesh generated by snappyHexMesh simpleFoam k-omegaSST 2000 time step iter.
solver parameters p U k omega
- GAMG - smoothSolver - smoothSolver - smoothSolver
Tolerance – 1e-8 relativeTolerance – 0.001
open source CFD on ANSELM Benchmarks
Lamborghini Aventador
Hydraulický ventil 52.3 M Cells Mesh generated by ANSYS Workbench simpleFoam k-omegaSST 1000 time step iter.
open source CFD on ANSELM Benchmarks
Hydraulický ventil
open source CFD on ANSELM Benchmarks
Hydraulický ventil
open source CFD on ANSELM Benchmarks
2000 Time [s]
1500 1000
32
64
256
500 0 6
14 N Cells [M]
52
Teplotní čidlo 5.3 M Cells Mesh generated by ANSYS Workbench chtMultiRegionSimpleFoam k-epsilon 1000 time step iter. 11 regions
open source CFD on ANSELM Benchmarks
Teplotní čidlo
open source CFD on ANSELM Benchmarks
Modelování Radiace 17.3 M Cells Mesh generated by ANSYS Workbench chtMultiRegionSimpleFoam fvDOM Radiation Model laminar 20000 time step iter. 6 Regions
open source CFD on ANSELM Benchmarks
open source CFD on ANSELM Benchmarks
Modelování Radiace
open source CFD on ANSELM Benchmarks
Lamborghini Aventador Transient solver - pisoFoam 23 M Cells nCorrectors 2 k-omegaSST solver parameters p U k omega
- PCG - PBiCG - PBiCG - PBiCG
open source CFD on ANSELM Benchmarks
Lamborghini Aventador
20 000 time steps solution time - 40 hr 256 cores
VSB Campus
open source CFD on ANSELM Benchmarks
VSB Campus 18 M Cells Mesh generated by snappyHexMesh simpleFoam k-epsilon 2000 time step iter.
open source CFD on ANSELM Benchmarks
VSB Campus
open source CFD on ANSELM Benchmarks
open source CFD on ANSELM
Tvorba velkých sítí snappyHexMesh
Tvorba velkých sítí
open source CFD on ANSELM Benchmarks
Tvorba velkých sítí
open source CFD on ANSELM Benchmarks
open source CFD on ANSELM Benchmarks
snappyHexMesh VSB Campus 1,51
1,01
0,51
0,01 0
50
100
150
open source CFD on ANSELM Benchmarks
Boeing 787 Dreamliner snappyHexMesh škálovatelnost N cores Time [h]
256 1.5
512 2
1024 1.9
open source CFD on ANSELM Benchmarks
Lamborghini Aventador snappyHexMesh škálovatelnost N cores Time [h]
128 3.7
256 2.5
512 3.1
1024 3.7
Benchmarket
open source CFD on ANSELM Benchmarks
benchmarket.it4i.cz
open source CFD on ANSELM Benchmarks
Palabos
Palabos Open-source CFD založený na lattice Boltzmannově metodě • nestlačitelné proudění • nestlačitelné proudění s přenosem tepla • pohybující se objekty • multifázové proudění, volná hladina
Komerční produkty: • •
http://www.palabos.org/
PowerFLOW XFlow
MatSol • • • • • • • • • • • • •
nonlinear materials, plasticity, hyperelasticty large deformation, rotation Thermal analysis railway's wheels and relining 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
MatSol
