A study on efficiency of algorithms for calculating the flows bounded by moving solids and free surfaces implemented in FlowVision on distributed memory computers

Authors

  • A.A. Aksenov
  • A.A. Dyadkin
  • S.A. Kharchenko

Keywords:

moving body
systems of linear equations
parallel computations
domain decomposition
scalability

Abstract

At present, the modeling of unsteady motion of a liquid bounded by moving solid surfaces and contact discontinuities (free surfaces) is one of the typical CFD (computational fluid dynamics) problems. A general method for tracking the moving boundaries on the basis of Euler computational grids is implemented in FlowVision CFD software. The displacement of a solid or liquid boundary implies the destruction of old cells and the creation of new ones. In doing so, the total number of cells may substantially change. In addition, FlowVision automatically and dynamically adapts the mesh according to different adaptation criteria in the course of computations. This also changes both the topology and size of the mesh. The static decomposition of the mesh onto processors (performed only once at the start of computations) may imbalance multiprocessor computations and cause a loss of parallel efficiency during the displacement of boundaries and the adaptation of the mesh. On the other hand, the complete recalculation of the mesh decomposition may produce a substantial data migration between processors and, as a consequence, a significant deceleration of the simulation process. Thus, the problem of balancing the parallel computations on a changeable grid should be solved without a noticeable deceleration of the simulation. This paper describes how to efficiently circumvent the main difficulties of parallel implementation of the moving body and free surface technologies. The scalability of the proposed algorithms is studied for the problem of surfacing a submarine. The results demonstrate a high parallel efficiency of the algorithms implemented in FlowVision. The paper was prepared on the basis of the authors' report at the International Conference on Parallel Computing Technologies (PaVT-2009; http://agora.guru.ru/pavt).

New computational technologies

Downloads

Published

2020-11-09

Issue

Vol. 10 (2009): Issue 1.

Section

Section 1. Numerical methods and applications

Author Biographies

A.A. Aksenov

TESIS, LLC

• Technical Director

A.A. Dyadkin

TESIS, LLC

• Head of Department

S.A. Kharchenko

TESIS, LLC

• Researcher

References

  1. Aksenov A., Dyadkin A., Pokhilko V. Overcoming of barrier between CAD and CFD by modfied nite volume method // Proc. 1998 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference, San Diego, ASME PVP-Vol 377-1, 1998.
  2. Aksenov A., Pokhilko V., Dyadkin A. Numerical simulation of water flow around ship with screw propeller // Proc. Computational technology (CFD) for fluid/thermal/chemical/stress systems and industrial applications, ASME PVP, July 22—26, 2001 Hyatt Regency, Atlanta, Georgia, USA.
  3. Aksenov A., Dyadkin A., Luniewski T., Pokhilko V. Fluid structure interaction analysis using Abaqus and FlowVi-sion // Proc. Abaqus User Conference, 2004, Boston, USA, 2004.
  4. Aksenov A., Iliine K., Luniewski T., McArthy T., Popielas F., Ramkumar R. Oil Leakage through a valve stem seal // Proc. Abaqus User Conference, 2006, Boston, USA, 2006.
  5. Hirt C., Nichols B. Volume of Fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries // J. Comput. Pliys. 1981. 39. 201-225.
  6. Murman S.M., Aftosmith M.J., Berger M.J. Implicit, approaches for moving boundaries in a 3D Cartesian method // AIAA Paper 2003-1119, Jan. 2003.
  7. Aksenov A.A., Kharchenko S.A., Konshin V.N., Pokhilko V.I. FlowVision software: numerical simulation of industrial CFD applications on parallel computer systems // Parallel CFD 2003 conference, Book of abstracts, 2003. 280-284.
  8. Харченко C.A. Параллельная реализация алгоритма решения систем линейных уравнений в пакете FlowVision // Прикладные исследования в механике. Труды конференции “Инженерные системы — 2007”. 135-144.
  9. Дядькин А.А., Харченко С.А. Алгоритмы декомпозиции области и нумерации ячеек с учетом локальных адаптаций расчетной сетки при параллельном решении систем уравнений в пакете FlowVision // Труды Всероссийской научной конференции “Научный сервис в сети Internet: многоядерный компьютерный мир”, 2007. 201-206.
  10. Харченко С.А. Влияние распараллеливания вычислений с поверхностными межпроцессорными границами на масштабируемость параллельного итерационного алгоритма решения систем линейных уравнений на примере уравнений вычислительной гидродинамики // Труды международной научной конференции “Параллельные вычислительные технологии (ПаВТ-2008)”, Санкт-Петербург, 28 января-1 февраля 2008 г. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008. 494-499.
  11. Сушко Г.Б., Харченко С.А. Многопоточная параллельная реализация итерационного алгоритма решения систем линейных уравнений с динамическим распределением нагрузки по нитям вычислений // Труды международной научной конференции “Параллельные вычислительные технологии (ПаВТ-2008)”, Санкт-Петербург, 28 января-1 февраля 2008 г. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008. 452-457.
  12. Аксенов А.А., Дядькин А. А., Кутин В.А., Москалев И.В., Сушко Г.Б., Харченко С.А. Решение больших задач вычислительной гидродинамики на СКИФ МГУ с помощью FlowVision // Материалы Всероссийской научной конференции “Научный сервис в сети ИНТЕРНЕТ: решение больших задач”, Новороссийск, 22-27 сентября 2008 г. М.: Изд-во МГУ, 2008. 69-73.
  13. Aftosmith M.J., Berger M.J, Murman S.M. Applications of space-filling curves to Cartesian methods for CFD // AIAA Paper 2004-1232, Jan. 2004.