High-Performance Computing of Big Data for Turbulence and Combustion

این کتاب اطلاعات پیشرفته‌ای را در مورد محاسبات علمی با دقت بالا و چشم‌اندازهای آینده آن فراهم می‌کند، همانطور که در حوزه‌های وسیع مکانیک سیالات و احتراق، و در همه رژیم‌های سرعت قابل استفاده است. با شروع مفاهیم گسسته سازی فضا-زمان و رابطه پراکندگی در محاسبات عددی، پایه های حل کارآمد معادلات ناویر-استوکس، با اشاره ویژه به رویکردهای برجسته مانند LES، DES و DNS گذاشته شده است. اساس محاسبات با دقت بالا ریشه در مفهوم پایداری، پراکندگی و خطاهای فاز دارد که نیازمند تحلیل جامع محاسبات گسسته با اعمال دقیق دینامیک خطا است. در این زمینه، روش‌های تفاضل محدود و حجم محدود مرتبه بالا ارائه شده‌اند. طبیعتاً، این پوشش همچنین شامل مفاهیم اساسی محاسبات با کارایی بالا و مفاهیم پیشرفته در محاسبات موازی، از جمله اجرای آنها در کامپیوترهای هگزا مقیاس آینده نگر است. علاوه بر این، این کتاب به دنبال آن است تا با پرداختن به سناریوهای فیزیکی پیچیده‌تر، از جمله احتراق آشفته، سطح را فراتر از استفاده آموزشی از محاسبات با دقت بالا بالا ببرد. ابزارهایی مانند تجزیه متعامد مناسب (POD)، تجزیه تعمیم یافته مناسب (PGD)، تجزیه ارزش منفرد (SVD)، POD بازگشتی، و SVD مرتبه بالا در فضاهای چند پارامتری ارائه شده‌اند. توجه ویژه ای به مجموعه داده های دو متغیره و چند متغیره در ارتباط با موارد مختلف جریان متعارف و انتقال حرارت می شود. این کتاب عمدتاً به نیازهای محققان و دانشجویان دکترا در مهندسی مکانیک، مهندسی هوافضا و همه رشته‌های کاربردی از جمله ریاضیات کاربردی می‌پردازد و منبع منحصر به فردی را به این خوانندگان ارائه می‌دهد.

This book provides state-of-art information on high-accuracy scientific computing and its future prospects, as applicable to the broad areas of fluid mechanics and combustion, and across all speed regimes. Beginning with the concepts of space-time discretization and dispersion relation in numerical computing, the foundations are laid for the efficient solution of the Navier-Stokes equations, with special reference to prominent approaches such as LES, DES and DNS. The basis of high-accuracy computing is rooted in the concept of stability, dispersion and phase errors, which require the comprehensive analysis of discrete computing by rigorously applying error dynamics. In this context, high-order finite-difference and finite-volume methods are presented. Naturally, the coverage also includes fundamental notions of high-performance computing and advanced concepts on parallel computing, including their implementation in prospective hexascale computers. Moreover, the book seeks to raise the bar beyond the pedagogical use of high-accuracy computing by addressing more complex physical scenarios, including turbulent combustion. Tools like proper orthogonal decomposition (POD), proper generalized decomposition (PGD), singular value decomposition (SVD), recursive POD, and high-order SVD in multi-parameter spaces are presented. Special attention is paid to bivariate and multivariate datasets in connection with various canonical flow and heat transfer cases. The book mainly addresses the needs of researchers and doctoral students in mechanical engineering, aerospace engineering, and all applied disciplines including applied mathematics, offering these readers a unique resource.