Náročné inženýrské problémy a superpočítání. Tomáš Brzobohatý

Transkript

1 Náročné inženýrské problémy a superpočítání Tomáš Brzobohatý

2 Úvod Open source - zavedené sw produkty v oblasti CFD a CSM - výhody/nevýhody - ukázka efektivního využití Knihovny IT4Innovations -FLLOP - BEM4I -MatSol -

3 CFD - pohyblivé sítě (AMI)

4 CFD - Aeroakustika Broadband Noise Source

5 CFD - optimalizace 0,012 0,011 Optimalizace koeficientu odporu prostředí 0,01 0,

6 CFD modelování znečištění

7 CFD - Modelování spalování Plasmový hořák Proudový hořák

8 Crash Testy

9 Bezpečnost chodců

10 Standardní úlohy SM

11 Co definuje náročnost výpočtu

12 Velikost úlohy - rozsáhlé celky, území Fyzikální složitost - nelineární strukturální mechanika -proudění (spalování, AMI) -aeroakustika - optimalizace -FSI

13 Jak využít superpočítač pro tyto úlohy?

14 Paralelní strategie - více výpočtů současně - paralelizace na úrovni algebry - využití prostorové dekompozice - využití prostorové a časové dekompozice

15 Komerční vs. Open source

16 Komerční sw na IT4I ANSYS, ANSYS FLUENT, CFX LS-DYNA COMSOL EnSight MATLAB Intel compiler.

17 Open source zavedené OS sw produkty v oblasti CFD a CSM Code Aster Code Saturne Elmer SU 2 OpenFOAM Palabos Netgen EnGrid Salome ParaView Visit Scilab Octave PETSc Trilinos.

18 Salome Code Aster Code Saturne

19 Électricité de France 58 aktivních nukleárních reaktorů (ve Francii) Salome Code Aster Code Saturne

20 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 jádrech

21 Spoluprace na vývoji Code Aster - rozhraní pro paralelní řešič FLLOP

22 FLLOP Library FETI Light Layer On top of PETSc Počet oblastí Počet neznámých Čas výpočtu miliardy 218 s Knihovna pro rozsáhlé výpočty úloh kvadratického programování

23 Elmer

24 CSC - IT Center for Science Teplo Strukturalní mechanika Proudění Akustika Kvantová mechanika Multifyzika Elektromagnetismus

25 Spoluprace na vývoji Elmer - rozhraní pro paralelní řešič FLLOP

26 SU 2

27 SU2 stanford unstructured 0,012 0,011 Optimalizace koeficientu odporu prostředí 0,01 0,

28 OpenFOAM

29 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

30 OpenFOAM Úprava kódu Implementace nových řešičů Využití akcelerátorů Intel Xeon PHI Nvidia Tesla

31 OpenFOAM SHAMPOO - Tvorba GUI možnost úprav v závislosti na požadované funkcionalitě

32 OpenFOAM Příklad rozšíření OpenFOAM Výpočet zdrojů akustických emisí z CFD analýzy

33 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.

34 BENCHMARKS open source CFD on ANSELM

35 Boeing 787 Dreamliner open source CFD on ANSELM Benchmarks

36 open source CFD on ANSELM Benchmarks Boeing 787 Dreamliner M Cells M Unknowns Mesh generated by snappyhexmesh simplefoam k-omegasst 2000 time step iter. solver parameters p -GAMG U - smoothsolver k - smoothsolver omega - smoothsolver Tolerance 1e-7 relativetolerance 0.1

37 open source CFD on ANSELM Benchmarks Boeing 787 Dreamliner

38 Lamborghini Aventador open source CFD on ANSELM Benchmarks

39 Lamborghini Aventador open source CFD on ANSELM Benchmarks M Cells M Unknowns Mesh generated by snappyhexmesh simplefoam k-omegasst 2000 time step iter. solver parameters p -GAMG U - smoothsolver k - smoothsolver omega - smoothsolver Tolerance 1e-8 relativetolerance 0.001

40 Lamborghini Aventador open source CFD on ANSELM Benchmarks

41 Hydraulický ventil open source CFD on ANSELM Benchmarks 52.3 M Cells Mesh generated by ANSYS Workbench simplefoam k-omegasst 1000 time step iter.

42 Hydraulický ventil open source CFD on ANSELM Benchmarks

43 Hydraulický ventil open source CFD on ANSELM Benchmarks Time [s] N Cells [M]

44 Teplotní čidlo open source CFD on ANSELM Benchmarks 5.3 M Cells Mesh generated by ANSYS Workbench chtmultiregionsimplefoam k-epsilon 1000 time step iter. 11 regions

45 Teplotní čidlo open source CFD on ANSELM Benchmarks

46 Modelování Radiace open source CFD on ANSELM Benchmarks 17.3 M Cells Mesh generated by ANSYS Workbench chtmultiregionsimplefoam fvdom Radiation Model laminar time step iter. 6 Regions

47 Modelování Radiace open source CFD on ANSELM Benchmarks

48 Lamborghini Aventador Transient solver - pisofoam 23 M Cells ncorrectors 2 k-omegasst solver parameters p - PCG U - PBiCG k - PBiCG omega - PBiCG open source CFD on ANSELM Benchmarks

49 Lamborghini Aventador open source CFD on ANSELM Benchmarks time steps solution time - 40 hr 256 cores

50 VSB Campus open source CFD on ANSELM Benchmarks

51 VSB Campus open source CFD on ANSELM Benchmarks 18 M Cells Mesh generated by snappyhexmesh simplefoam k-epsilon 2000 time step iter.

52 VSB Campus open source CFD on ANSELM Benchmarks

53 open source CFD on ANSELM Tvorba velkých sítí snappyhexmesh

54 Tvorba velkých sítí open source CFD on ANSELM Benchmarks

55 Tvorba velkých sítí open source CFD on ANSELM Benchmarks

56 snappyhexmesh open source CFD on ANSELM Benchmarks VSB Campus 1,51 1,01 0,51 0,

57 open source CFD on ANSELM Benchmarks Boeing 787 Dreamliner snappyhexmesh škálovatelnost N cores Time [h]

58 Lamborghini Aventador open source CFD on ANSELM Benchmarks snappyhexmesh škálovatelnost N cores Time [h]

59 Benchmarket open source CFD on ANSELM Benchmarks

60 benchmarket.it4i.cz open source CFD on ANSELM Benchmarks

61 Palabos

62 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: PowerFLOW XFlow

63 MatSol 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 Thermal analysis railway's wheels and relining 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

64 MatSol