Parallel Computational Fluid Dynamics 2005: Theory and Applications

Front Cover......Page 1
Parallel Computational Fluid Dynamics......Page 4
Copyright Page......Page 5
Preface......Page 6
Acknowledgements......Page 7
Table of Contents......Page 8
1. Introduction......Page 16
2. Flow solver......Page 17
3. Grid generation......Page 18
4. 7A rotor lifting cases......Page 20
6. Conclusions......Page 24
References......Page 25
1. A model problem......Page 26
2. A fictitious domain formulation......Page 28
3. Solving problem (18)-(25) by operator-splitting......Page 30
5. Numerical results......Page 31
Acknowledgments......Page 34
References......Page 35
1. Introduction......Page 36
2. Multigrid......Page 38
3. Solution of the reactive Euler Equations......Page 39
4. Incompressible Flow......Page 42
5. Parallel computations......Page 43
References......Page 44
1. Introduction......Page 46
2. Basics of the Lattice Boltzmann Method......Page 47
4. Single Node Specification and Performance......Page 48
5. Scalability and Parallel Performance......Page 52
References......Page 55
1. Moore's law......Page 56
2. The life cycle of scientific computing codes......Page 58
3. Examples......Page 60
4. Discussion......Page 62
References......Page 63
Introduction and motivation......Page 66
Demand for scalable solvers......Page 69
Detailed requirements specification......Page 73
Solver toolchain......Page 76
Illustrations from the TOPS solver project......Page 77
Future of solver software......Page 81
Acknowledgments......Page 83
Bibliography......Page 84
1. Parallel Investigation of Channel DNS Code......Page 92
2. Statistics and visualization of High Reynolds number simulation......Page 95
References......Page 96
1. Introduction......Page 100
3. Numerical Method......Page 101
5. Discretisation and Simulation Parameters......Page 102
6. Results......Page 103
References......Page 107
1. Introduction......Page 108
3. SHMOD parallel code framework......Page 109
4. Homogeneous, Mach 1 turbulence simulation on a 20483 grid......Page 110
References......Page 115
1. Introduction......Page 116
2. Methodology......Page 117
4. Results......Page 118
5. Conclusions......Page 122
References......Page 123
1. Introduction......Page 124
3. Direct Schur-Fourier decomposition......Page 125
4. Parallel performance and illustrative results......Page 129
5. Conclusions......Page 130
References......Page 131
1. Introduction......Page 132
3. Numerical Algorithms......Page 133
4. Results......Page 134
6. Acknowledgments......Page 136
References......Page 137
1. Solver characteristics......Page 140
2. Framework characteristics......Page 141
3. Solver status and Perspectives......Page 146
References......Page 147
2. Fault Tolerant Algorithms......Page 148
3. Reconstruction of the solution......Page 149
References......Page 155
1. Introduction......Page 156
2. Parallel computing on TeraGrid......Page 157
4. Results......Page 158
5. Conclusions......Page 162
7. References......Page 163
1. Introduction and Motivations......Page 164
3. Mapping LSE method onto a grid of computer......Page 165
4. Realizing LSE method......Page 166
5. Conclusion......Page 170
References......Page 171
1. Motivations......Page 172
2. Initial guess for the Newton solution with POD......Page 173
3. POD-reduced model acceleration and its GRID applications......Page 175
4. Numerical experiments on homogeneous and grid architecture......Page 176
Conclusions......Page 178
References......Page 179
1. Introduction......Page 180
2. CCAIN Component Model......Page 181
3. Summary......Page 184
Acknowledgements......Page 185
1. The PyNSol working environment......Page 186
2. Motivation and requirements......Page 187
3. Architecture......Page 189
4. Innovations......Page 192
References......Page 193
1. Introduction......Page 194
2. Definition of an exchange grid......Page 196
3. Implicit coupling......Page 198
4. Parallelization......Page 199
5. Conclusions......Page 200
References......Page 201
1. Introduction......Page 202
2. Model Coupling issues......Page 203
3. A generic coupler......Page 204
4. Discussion......Page 206
References......Page 207
1. Introduction......Page 210
2. Cactus-based CFD analysis......Page 211
3. Computational Supports for CFD Analyses......Page 214
References......Page 217
1. Introduction......Page 218
2. Software development scalability......Page 220
3. Performance......Page 221
4. Conclusions......Page 224
References......Page 225
1. Introduction......Page 226
2. Mathematical formulation......Page 227
4. Parallel algorithm for polymer dynamics......Page 228
References......Page 230
2. Navier-Stokes Discretization......Page 234
3. Boundary Conditions......Page 236
4. Parallel Performance......Page 238
5. Transition in an Arteriovenous Graft......Page 239
References......Page 240
1. Introduction......Page 242
2. Computer Framework......Page 243
3. Parallel Approach......Page 247
References......Page 249
1. Introduction......Page 250
2. Governing Equations of Phase-Field Model with Convection......Page 251
3. Numerical Methods and Results......Page 253
4. Approach to Parallelization and Results......Page 254
5. Summary and Conclusions......Page 256
References......Page 257
1. Introduction......Page 258
2. Numerical MHD......Page 259
3. Numerical Results......Page 261
References......Page 264
Application of new RMHD numerical technologies to plasma physics studies......Page 266
Governing system: 2 temperature MHD......Page 267
The splitting scheme......Page 268
Grids and discretization......Page 269
Radiative transfer......Page 270
Parallel implementation......Page 271
Numerical results......Page 273
References......Page 274
1. Introduction......Page 276
2. Computing facilities......Page 277
4. Profiling on HPCX and code optimizations......Page 278
5. Benchmark timings on high performance computing architectures......Page 281
6. PMB flow solver......Page 282
Acknowledgements......Page 283
1. Introduction......Page 284
2. Computational methodology......Page 285
3. Parallel computational issues......Page 286
4. Results......Page 288
5. Concluding remarks......Page 290
References......Page 291
1. Introduction......Page 292
2. Parallel compressible flow example......Page 293
3. Adaptive solvers......Page 295
4. Experimental results......Page 296
5. Conclusions and future work......Page 298
References......Page 299
1. Introduction......Page 300
2. The problem to solve......Page 301
4. Evolutionary algorithms as a meshless method......Page 302
5. Flexible evolution agent......Page 303
7. Parallel implementation......Page 305
References......Page 306
1. Introduction......Page 308
2. Numerical procedure......Page 309
3. Database......Page 310
5. Numerical results......Page 312
References......Page 314
1. Introduction......Page 316
2. Parallelization across the method......Page 317
4. Adaptive Parareal: numerical and parallelism results......Page 318
5. Conclusions and future works......Page 322
References......Page 323
1. Introduction......Page 324
3. Examples of 3D unsteady applications......Page 325
References......Page 330
1. Introduction and Motivation......Page 332
3. Domain Decomposition Technique......Page 333
4. Results......Page 334
5. Conclusion......Page 338
References......Page 339
1. Introduction......Page 340
2. Architecture......Page 341
3. Applications......Page 343
4. Software Process......Page 344
References......Page 345
1. Introduction......Page 348
3. Cartesian Finite Volume Scheme with Embedded Boundaries......Page 349
4. Structured Adaptive Mesh Refinement......Page 350
5. Fluid-Structure Coupling with SAMR......Page 352
6. HMX Detonation in a Tantalum Cylinder......Page 353
References......Page 355
1. Introduction to PARAMESH......Page 356
2. Applications......Page 359
References......Page 363
1 Introduction......Page 364
2 Method......Page 365
4 Conclusions......Page 367
References......Page 368
1. Introduction......Page 372
2. Numerical modelling of inundations......Page 373
3. Parallelisation of the solver......Page 374
4. Parallelisation of the inundation model......Page 376
5. Summary and conclusions......Page 378
References......Page 379
1. Introduction......Page 380
2. Governing equations......Page 381
4. Calculation of interfacial curvature......Page 382
5. The surface tension force in a collocated grid......Page 383
7. Test cases......Page 384
References......Page 387
1. Introduction......Page 388
2. Problem formulation......Page 389
3. Numerical method......Page 390
4. Parallel implementation......Page 391
5. Numerical results......Page 392
References......Page 393
1. Abstract......Page 396
2. Introduction and Methodology......Page 397
4. Parallel Algorithm......Page 398
5. Results and Discussions......Page 399
7. Acknowledgements......Page 400
8. References......Page 401
1. Introduction......Page 404
3. Flux Evaluation Methods......Page 405
4. Implicit Method of Solution......Page 406
6. Parallel Performance of the Solver......Page 409
References......Page 410
1. Algorithm......Page 412
2. Computational cost......Page 414
3. The Parallel algorithm......Page 415
4. The IBM case......Page 417
5. Conclusion......Page 418
References......Page 419
1. Introduction......Page 420
2. Mathematical formulation......Page 421
3. Parallel interfacial algorithm......Page 422
4. Conclusions......Page 425
References......Page 427
1. Introduction......Page 428
2. System organization......Page 429
3.  Scheduling......Page 430
4. Fault tolerance......Page 431
5. Event logging system......Page 432
References......Page 434
2. TAU Performance System......Page 436
3. CFD Application Performance Mapping......Page 437
4. Case Study: Uintah......Page 439
5. Other frameworks......Page 441
References......Page 442
1. Introduction......Page 444
2. Motivating applications and algorithms......Page 445
3. Computational quality of service for parallel CFD......Page 446
4. Application example......Page 449
5. Conclusions and future work......Page 450
References......Page 451
1. Introduction......Page 452
2. LEMLES Formulation and Implementation......Page 453
3. Efficient Computation of the Chemical Rates......Page 454
4. Computational Performances......Page 455
5. Flame Extinction......Page 456
6. Conclusion......Page 457
References......Page 458
1. Introduction......Page 460
2. Numerical methods......Page 461
3. Results......Page 463
5. Acknowledgements......Page 466
References......Page 467
1. Lattice Boltzmann algorithm......Page 468
2. HEC Platforms, Computational Implementation and Performance of LB......Page 470
3. ELB simulations for 2D Navier-Stokes Turbulence......Page 474
References......Page 475
1. Introduction......Page 476
2. Problem Description......Page 477
3. Projecting the Particle Force......Page 478
4. Discretization of Advance......Page 479
5. Evaluating PI(f)......Page 480
8. Parallel Performance – particle cloud with a vortex ring......Page 481
References......Page 483
1. Introduction......Page 484
2. Problem description......Page 485
3. Numerical method......Page 486
4. Results......Page 487
5. Summary and conclusion......Page 488
References......Page 489
1. Introduction......Page 492
2. Continuous-velocity lattice gas model......Page 493
3. Parallel method......Page 494
4. Results......Page 495
References......Page 499
1. Introduction......Page 500
3. Space Discretization......Page 501
5. Numerical Experiments......Page 502
7. Conclusions......Page 503
References......Page 504
1. Motivations......Page 508
2. Non Uniform Discrete Fourier Transform......Page 509
3. Results on NUDFT approximation......Page 511
4. Application in the Aitken-Schwarz DDM to solve Poisson problem......Page 512
5. Perspectives and conclusions......Page 514
References......Page 515
1. Introduction......Page 516
3. Numerical methods......Page 517
4. Geometric models and meshing......Page 518
5. The data treatment for the high-dimension meshes......Page 520
6. Numerical results......Page 521
References......Page 523
1. Introduction......Page 524
2. Performance evaluation method......Page 525
3. Results of the benchmarks......Page 528
4. Conclusion......Page 530
References......Page 531
1. Interactive vizualization......Page 532
2. Scalar fields visualization......Page 534
3. Parallel algorithm for 3D scalar datasets simplification......Page 537
References......Page 539