Entwicklung eines effizienten Verfahrens zur Simulation kompressibler Strömungen in 3D auf Parallelrechnern

Höchstleistungsparallelrechner schaffen bezüglich Speicherplatz und Rechenleistung die technischen Voraussetzungen für die mathematische Simulation von Strömungen unter hohen Anforderungen an die Genauigkeit. Daneben schränkt jedoch die nach außen in Erscheinung tretende verteilte Architektur dieser Parallelrechner die Möglichkeiten der effizienten Umsetzung der mathematischen Verfahren in entsprechenden Algorithmen und Programmen ein. Dies gilt insbesondere für die modernen adaptiven numerischen Verfahren, die durch eine an die sich dauernd ändernde berechnete Näherungslösung angepasste Verteilung der Freiheitsgrade eine entscheidend verbesserte Genauigkeit erreichen. Diese sich kontinuierlich ändernden Zusammenhänge zwischen den Daten und das Auftreten bzw. Verschwinden von Freiheitsgraden erfordern sehr flexible Programmentwürfe, die häufig eine unerwünscht große Komplexität in sich bergen. <br>Ausgangspunkt der Betrachtungen ist ein explizites Finite Volumen Verfahren zur Simulation kompressibler zeitabhängiger dreidimensionaler Überschallströmungen zusammen mit einem unstrukturierten Hexaedernetz, das durch eine lokale Gitterweitenanpassung die Verteilung der Freiheitsgrade entsprechend der berechneten Näherungslösung verändert und eine optimale Auflösung bieten kann. Es werden verschiedene objektorientierte Entwurfsmuster für die Umsetzung des mathematischen Verfahrens und der Algorithmen der Gitterverwaltung im Programm vorgeschlagen und hinsichtlich ihrer Eignung für eine verteilte Datenhaltung untersucht. Aus diesen Bausteinen entsteht ein objektorientierter Programmentwurf, der durch eine Komponente zur dynamischen Lastverteilung die Effizienz der Simulation sicherstellt. Abschließend zeigen Messergebnisse für verschiedene Simulationsrechnungen den Gewinn, der sich aus der Kombination von lokaler Gitterweitenanpassung und dynamischer Lastverteilung ergibt sowie die traditionellen Kenngrößen der parallelen Programmausführung wie Beschleunigung und Skalierung.

Author dc:creator

• Schupp, Bernhard

Contributors dc:contributor

• Kröner, Dietmar

• Massive Parallelität
• Paralleler Algorithmus
• Reibungsfreie Strömung
• Überschallströmung
• Software
• parallel numerical methods
• inviscid supersonic flow
• high performance computing
• finite volume methods
• adaptive grids

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