Desenvolvimento e implementação de malhas adaptativas bloco-estruturadas para computação paralela em mecânica dos fluidos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Lima, Rafael Sene de
Data de Publicação: 2012
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14727
https://doi.org/10.14393/ufu.te.2012.84
Resumo: The numerical simulation of fluid flow involving complex geometries is greatly limited by the required spatial grid resolution. These flows often contain small regions with complex motions, while the remaining flow is relatively smooth. Adaptive mesh refinement (AMR) enables the spatial grid to be refined in local regions that require finer grids to resolve the flow. This work describes an approach to parallelization of a structured adaptive mesh refinement (SAMR) algorithm. This type of methodology is based on locally refined grids superimposed on coarser grids to achieve the desired resolution in numerical simulations. Parallel implementations of SAMR methods offer the potential for accurate simulations of high complexity fluid flows. However, they present interesting challenges in dynamic resource allocation, data-distribution and load-balancing. The overall efficiency of parallel SAMR applications is limited by the ability to partition the underlying grid hierarchies at run-time to expose all inherent parallelism, minimize communication and synchronization overheads, and balance load. The methodology is based on a message passing interface model (MPI) using the recursive coordinate bisection (RCB) for domain partition. For this work, a semi-implicit projection method has been implemented to solve the incompressible Navier Stokes equations. All numerical implementations are an extension of a sequential Fortran 90 code, called "AMR3D", developed in the work of Nós (2007) .The efficiency and robustness of the applied methodology are verified via convergence analysis using the method of manufactured solutions. Validations were performed by simulating an incompressible jet flow and a lid driven cavity flow.
id UFU_6bb02a148b82bb3b3c6bb66a4394329a
oai_identifier_str oai:repositorio.ufu.br:123456789/14727
network_acronym_str UFU
network_name_str Repositório Institucional da UFU
repository_id_str
spelling 2016-06-22T18:39:38Z2013-09-052016-06-22T18:39:38Z2012-09-28LIMA, Rafael Sene de. Development and implementation of block-structured adaptive mesh refinement for parallel computations in fluid mechanics. 2012. 115 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2012. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.te.2012.84https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14727https://doi.org/10.14393/ufu.te.2012.84The numerical simulation of fluid flow involving complex geometries is greatly limited by the required spatial grid resolution. These flows often contain small regions with complex motions, while the remaining flow is relatively smooth. Adaptive mesh refinement (AMR) enables the spatial grid to be refined in local regions that require finer grids to resolve the flow. This work describes an approach to parallelization of a structured adaptive mesh refinement (SAMR) algorithm. This type of methodology is based on locally refined grids superimposed on coarser grids to achieve the desired resolution in numerical simulations. Parallel implementations of SAMR methods offer the potential for accurate simulations of high complexity fluid flows. However, they present interesting challenges in dynamic resource allocation, data-distribution and load-balancing. The overall efficiency of parallel SAMR applications is limited by the ability to partition the underlying grid hierarchies at run-time to expose all inherent parallelism, minimize communication and synchronization overheads, and balance load. The methodology is based on a message passing interface model (MPI) using the recursive coordinate bisection (RCB) for domain partition. For this work, a semi-implicit projection method has been implemented to solve the incompressible Navier Stokes equations. All numerical implementations are an extension of a sequential Fortran 90 code, called "AMR3D", developed in the work of Nós (2007) .The efficiency and robustness of the applied methodology are verified via convergence analysis using the method of manufactured solutions. Validations were performed by simulating an incompressible jet flow and a lid driven cavity flow.A simulação numérica de escoamentos envolvendo geometrias complexas é fortemente limitada pela resolução da malha espacial. Na grande maioria dos escoamentos, há pequenas regiões do domínio onde o fluido se movimenta de forma complexa gerando gradientes elevados, enquanto que no restante do domínio o escoamento é relativamente calmo". O Refinamento Adaptativo de Malhas (Adaptive Mesh Refinement - AMR), possibilita que o refinamento da malha espacial seja mais apurado em regiões especificas, enquanto que nas demais regiões o refinamento pode ser mais grosseiro. O presente trabalho consiste no desenvolvimento de uma metodologia de paralelização para a solução das equações de Navier-Stokes em malhas adaptativas bloco-estruturadas (Structured Adaptive Mesh Refinement - SAMR) utilizando a interface MPI (Message Passing Interface) e o método de bisseção por coordenadas RCB (Recursive Coordinate Bisection) para o balanço de carga. Implementações de métodos SAMR em processamento paralelo oferecem a possibilidade de simulações precisas de escoamentos de elevada complexidade. No entanto, apresentam desafios interessantes quanto à dinamicidade na alocação e distribuição dos dados e no balanceamento de carga. Cabe ressaltar que a é ciência total das aplicações envolvendo métodos SAMR em processamento paralelo é fortemente dependente da qualidade do particionamento dinâmico de domínio, efetuado em tempo de execução, para que se garanta os menores custos de comunicação e sincronização possíveis, além de uma boa distribuição da carga computacional. Neste trabalho, utilizou-se o esquema semi-implícito proposto por Ceniceros et al. (2010) para avanço temporal. Todas as implementações foram efetuadas como uma extensão do código AMR3D", proposto por Nós (2007). A é ciência e a robustez do método proposto são verificadas por meio do método das soluções manufaturadas. As validações foram feitas por meio da simulação do escoamento em uma cavidade com tampa deslizante e de um jato incompressível.Doutor em Engenharia Mecânicaapplication/pdfporUniversidade Federal de UberlândiaPrograma de Pós-graduação em Engenharia MecânicaUFUBREngenhariasMalhas adaptativasComputação paralelaEquacões de Navier-StokesBalanço dinâmico de cargaDinâmica dos fluidos - Simulação por computadorEscoamentos - Simulação por computadorAdaptive mesh renementNavier-Stokes equationsParallel computingDynamic load balancingCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICADesenvolvimento e implementação de malhas adaptativas bloco-estruturadas para computação paralela em mecânica dos fluidosDesenvolvimento e implementação de malhas adaptativas bloco-estruturadas para computação paralela em mecânica dos fluidosDevelopment and implementation of block-structured adaptive mesh refinement for parallel computations in fluid mechanicsDevelopment and implementation of block-structured adaptive mesh refinement for parallel computations in fluid mechanicsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisRoma, Alexandre Megiorinhttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4787782T2Silveira Neto, Aristeu dahttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4781876D5&dataRevisao=nullDuarte, Marcus Antônio Vianahttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4780739A4Serfaty, Ricardohttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4632938H2Woiski, Emanuel Rochahttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4787963Y3Vedovoto, João Marcelohttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4779971Y0http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4742190H3Lima, Rafael Sene de81756524info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFUTHUMBNAILRafael Sene.pdf.jpgRafael Sene.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1324https://repositorio.ufu.br/bitstream/123456789/14727/3/Rafael%20Sene.pdf.jpg750fe106bbfb46506099bb8013d46222MD53ORIGINALRafael Sene.pdfapplication/pdf9598491https://repositorio.ufu.br/bitstream/123456789/14727/1/Rafael%20Sene.pdfd34ba06a9017dd2e9624660e9d35934dMD51TEXTRafael Sene.pdf.txtRafael Sene.pdf.txtExtracted texttext/plain167965https://repositorio.ufu.br/bitstream/123456789/14727/2/Rafael%20Sene.pdf.txtb6de7905e5692415c94f190aabfb8ba6MD52123456789/147272022-09-30 13:52:38.353oai:repositorio.ufu.br:123456789/14727Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2022-09-30T16:52:38Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false
dc.title.por.fl_str_mv Desenvolvimento e implementação de malhas adaptativas bloco-estruturadas para computação paralela em mecânica dos fluidos
Desenvolvimento e implementação de malhas adaptativas bloco-estruturadas para computação paralela em mecânica dos fluidos
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv Development and implementation of block-structured adaptive mesh refinement for parallel computations in fluid mechanics
Development and implementation of block-structured adaptive mesh refinement for parallel computations in fluid mechanics
title Desenvolvimento e implementação de malhas adaptativas bloco-estruturadas para computação paralela em mecânica dos fluidos
spellingShingle Desenvolvimento e implementação de malhas adaptativas bloco-estruturadas para computação paralela em mecânica dos fluidos
Lima, Rafael Sene de
Malhas adaptativas
Computação paralela
Equacões de Navier-Stokes
Balanço dinâmico de carga
Dinâmica dos fluidos - Simulação por computador
Escoamentos - Simulação por computador
Adaptive mesh renement
Navier-Stokes equations
Parallel computing
Dynamic load balancing
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
title_short Desenvolvimento e implementação de malhas adaptativas bloco-estruturadas para computação paralela em mecânica dos fluidos
title_full Desenvolvimento e implementação de malhas adaptativas bloco-estruturadas para computação paralela em mecânica dos fluidos
title_fullStr Desenvolvimento e implementação de malhas adaptativas bloco-estruturadas para computação paralela em mecânica dos fluidos
title_full_unstemmed Desenvolvimento e implementação de malhas adaptativas bloco-estruturadas para computação paralela em mecânica dos fluidos
title_sort Desenvolvimento e implementação de malhas adaptativas bloco-estruturadas para computação paralela em mecânica dos fluidos
author Lima, Rafael Sene de
author_facet Lima, Rafael Sene de
author_role author
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv Roma, Alexandre Megiorin
dc.contributor.advisor-co1Lattes.fl_str_mv http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4787782T2
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Silveira Neto, Aristeu da
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4781876D5&dataRevisao=null
dc.contributor.referee1.fl_str_mv Duarte, Marcus Antônio Viana
dc.contributor.referee1Lattes.fl_str_mv http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4780739A4
dc.contributor.referee2.fl_str_mv Serfaty, Ricardo
dc.contributor.referee2Lattes.fl_str_mv http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4632938H2
dc.contributor.referee3.fl_str_mv Woiski, Emanuel Rocha
dc.contributor.referee3Lattes.fl_str_mv http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4787963Y3
dc.contributor.referee4.fl_str_mv Vedovoto, João Marcelo
dc.contributor.referee4Lattes.fl_str_mv http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4779971Y0
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4742190H3
dc.contributor.author.fl_str_mv Lima, Rafael Sene de
contributor_str_mv Roma, Alexandre Megiorin
Silveira Neto, Aristeu da
Duarte, Marcus Antônio Viana
Serfaty, Ricardo
Woiski, Emanuel Rocha
Vedovoto, João Marcelo
dc.subject.por.fl_str_mv Malhas adaptativas
Computação paralela
Equacões de Navier-Stokes
Balanço dinâmico de carga
Dinâmica dos fluidos - Simulação por computador
Escoamentos - Simulação por computador
topic Malhas adaptativas
Computação paralela
Equacões de Navier-Stokes
Balanço dinâmico de carga
Dinâmica dos fluidos - Simulação por computador
Escoamentos - Simulação por computador
Adaptive mesh renement
Navier-Stokes equations
Parallel computing
Dynamic load balancing
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
dc.subject.eng.fl_str_mv Adaptive mesh renement
Navier-Stokes equations
Parallel computing
Dynamic load balancing
dc.subject.cnpq.fl_str_mv CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
description The numerical simulation of fluid flow involving complex geometries is greatly limited by the required spatial grid resolution. These flows often contain small regions with complex motions, while the remaining flow is relatively smooth. Adaptive mesh refinement (AMR) enables the spatial grid to be refined in local regions that require finer grids to resolve the flow. This work describes an approach to parallelization of a structured adaptive mesh refinement (SAMR) algorithm. This type of methodology is based on locally refined grids superimposed on coarser grids to achieve the desired resolution in numerical simulations. Parallel implementations of SAMR methods offer the potential for accurate simulations of high complexity fluid flows. However, they present interesting challenges in dynamic resource allocation, data-distribution and load-balancing. The overall efficiency of parallel SAMR applications is limited by the ability to partition the underlying grid hierarchies at run-time to expose all inherent parallelism, minimize communication and synchronization overheads, and balance load. The methodology is based on a message passing interface model (MPI) using the recursive coordinate bisection (RCB) for domain partition. For this work, a semi-implicit projection method has been implemented to solve the incompressible Navier Stokes equations. All numerical implementations are an extension of a sequential Fortran 90 code, called "AMR3D", developed in the work of Nós (2007) .The efficiency and robustness of the applied methodology are verified via convergence analysis using the method of manufactured solutions. Validations were performed by simulating an incompressible jet flow and a lid driven cavity flow.
publishDate 2012
dc.date.issued.fl_str_mv 2012-09-28
dc.date.available.fl_str_mv 2013-09-05
2016-06-22T18:39:38Z
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2016-06-22T18:39:38Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv LIMA, Rafael Sene de. Development and implementation of block-structured adaptive mesh refinement for parallel computations in fluid mechanics. 2012. 115 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2012. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.te.2012.84
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14727
dc.identifier.doi.none.fl_str_mv https://doi.org/10.14393/ufu.te.2012.84

identifier_str_mv LIMA, Rafael Sene de. Development and implementation of block-structured adaptive mesh refinement for parallel computations in fluid mechanics. 2012. 115 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2012. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.te.2012.84

url https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14727
https://doi.org/10.14393/ufu.te.2012.84
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Uberlândia
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
dc.publisher.initials.fl_str_mv UFU
dc.publisher.country.fl_str_mv BR
dc.publisher.department.fl_str_mv Engenharias
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Uberlândia
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFU
instname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron:UFU
instname_str Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron_str UFU
institution UFU
reponame_str Repositório Institucional da UFU
collection Repositório Institucional da UFU
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.ufu.br/bitstream/123456789/14727/3/Rafael%20Sene.pdf.jpg
https://repositorio.ufu.br/bitstream/123456789/14727/1/Rafael%20Sene.pdf
https://repositorio.ufu.br/bitstream/123456789/14727/2/Rafael%20Sene.pdf.txt
bitstream.checksum.fl_str_mv 750fe106bbfb46506099bb8013d46222
d34ba06a9017dd2e9624660e9d35934d
b6de7905e5692415c94f190aabfb8ba6
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
repository.mail.fl_str_mv diinf@dirbi.ufu.br
_version_ 1802110355472646144