An Optimizing Code Generator for a Class of Lattice-Boltzmann Computations

The Lattice-Boltzmann method (LBM), a promising new particle-based simulation technique for complex and multiscale fluid flows, has seen tremendous adoption in recent years in computational fluid dynamics. Even with a state-of-the-art LBM solver such as Palabos, a user has to still manually write the program using library-supplied primitives. We propose an automated code generator for a class of LBM computations with the objective to achieve high performance on modern architectures. Few studies have looked at time tiling for LBM codes. We exploit a key similarity between stencils and LBM to enable polyhedral optimizations and in turn time tiling for LBM. We also characterize the performance of LBM with the Roofline performance model. Experimental results for standard LBM simulations like Lid Driven Cavity, Flow Past Cylinder, and Poiseuille Flow show that our scheme consistently outperforms Palabos-on average by up to 3x while running on 16 cores of an Intel Xeon (Sandybridge). We also obtain an improvement of 2.47x on the SPEC LBM benchmark.

Role of the Molar Volume on Estimated Diffusion Coefficients

The role of the molar volume on the estimated diffusion parameters has been speculated for decades. The Matano-Boltzmann method was the first to be developed for the estimation of the variation of the interdiffusion coefficients with composition. However, this could be used only when the molar volume varies ideally or remains constant. Although there are no such systems, this method is still being used to consider the ideal variation. More efficient methods were developed by Sauer-Freise, Den Broeder, and Wagner to tackle this problem. However, there is a lack of research indicating the most efficient method. We have shown that Wagner's method is the most suitable one when the molar volume deviates from the ideal value. Similarly, there are two methods for the estimation of the ratio of intrinsic diffusion coefficients at the Kirkendall marker plane proposed by Heumann and van Loo. The Heumann method, like the Matano-Boltzmann method, is suitable to use only when the molar volume varies more or less ideally or remains constant. In most of the real systems, where molar volume deviates from the ideality, it is safe to use the van Loo method. We have shown that the Heumann method introduces large errors even for a very small deviation of the molar volume from the ideal value. On the other hand, the van Loo method is relatively less sensitive to it. Overall, the estimation of the intrinsic diffusion coefficient is more sensitive than the interdiffusion coefficient.

Simple lattice Boltzmann model for traffic flows

A lattice Boltzmann model with 5-bit lattice for traffic flows is proposed. Using the Chapman-Enskog expansion and multi-scale technique, we obtain the higher-order moments of equilibrium distribution function. A simple traffic light problem is simulated by using the present lattice Boltzmann model, and the result agrees well with analytical solution.

用格子Boltzmann方法研究Burgers方程

提出了用于Burgers方程的格子Boltzmann模型。应用Chapman-Enskog展开和多重尺度技术，通过选择平衡态分布函数的高阶矩，得到了几种精度的Burgers方程，模型中的参数通过分析耗散性质和色散性质给出。

Rossby Vortex Simulation on a Paraboloidal Coordinate System Using the Lattice Boltzmann Method

In this paper, we apply our compressible lattice Boltzmann model to a rotating parabolic coordinate system to simulate Rossby vortices emerging in a layer of shallow water flowing zonally in a rotating paraboloidal vessel. By introducing a scaling factor, nonuniform curvilinear mesh can be mapped to a flat uniform mesh and then normal lattice Boltzmann method works. Since the mass per unit area on the two-dimensional (2D) surface varies with the thickness of the water layer, the 2D flow seems to be "compressible" and our compressible model is applied. Simulation solutions meet with the experimental observations qualitatively. Based on this research, quantitative solutions and many natural phenomena simulations in planetary atmospheres, oceans, and magnetized plasma, such as the famous Jovian Giant Red Spot, the Galactic Spiral-vortex, the Gulf Stream, and the Kuroshio Current, etc,, can be expected.

Lattice Boltzmann方法模拟多孔介质Klinkenberg效应

格子Boltzmann数值模拟方法是研究复杂的多孔介质结构特别是Klinkenberg效应的有效方法之一，对处理复杂边值问题尤其有效。用格子Boltzmann方法研究了气流穿越多孔介质问题，并将数值计算结果与实验结果进行了比较，结果表明格子Boltzmann方法是数值模拟气流穿越多孔介质问题的有效方法之一。

A lattice Boltzmann method for KDV equation

We prepose a 5-bit lattice Boltzmann model for KdV equation. Using Chapman-Enskog expansion and multiscale technique, we obtained high order moments of equilibrium distribution function, and the 3rd dispersion coefficient and 4th order viscosity. The parameters of this scheme can be determined by analysing the energy dissipation.

Lattice Boltzmann method for compressible flows with high Mach numbers

In this paper we present a lattice Boltzmann model to simulate compressible flows by introducing an attractive force. This scheme has two main advantages: one is to soften sound speed effectively, which greatly raises the Mach number (up to 5); another is its relative simple procedure. Simulations of the March cone and the comparison between theoretical expectations and simulations demonstrate that the scheme is effective in the simulation of compressible flows with high Mach numbers, which would create many new applications.

A lattice Boltzmann equation for waves

We propose a lattice Boltzmann model for the wave equation. Using a lattice Boltzmann equation and the Chapman-Enskog expansion, we get 1D and 2D wave equations with truncation error of order two. The numerical tests show the method can be used to simulate the wave motions.

Caracterización técnica de los sistemas de explotación ganadera de los pequeños y medianos productores en los municipios de Tisma, Nandaime y Granada (Malacatoya)

El presente trabajo se llevó a cabo con el objetivo de realizar una caracterización de los sistemas de producción ganadera en los Municipios de Tisma, Nandaime y granada (Malacatoya.). El estudio se llevo acabo en 4 fases: Realización de la entrevista a los productores en la que se determino la disponibilidad y uso actual de los recursos en las fincas. La segunda fase consistió en la codificación de los datos obtenidos de las entrevistas asignándoles un número para su análisis por medio del programa computarizado y se creo una base de datos ordenada por municipio y de manera general. La tercera fase comprendió en el análisis estadistico de la información recopilada en las entrevistas ordenándose en programas computarizados Microsoft Word, Excel y para el análisis de los datos se utilizo un programa estadístico SPSS (paquete estadístico para ciencias sociales). La cuata fase consistió en la obtención y discusión de resultados. En cada unó de los aspectos de la entrevista se determino lo siguiente: Característica de la población animal. El 73.6% de los productores encuestados saben leer, un 70.5 %sabe escribir, en cuanto al tiempo de trabajo en la finca el 82.2% trabaja tiempo completo en la finca, en lo referente a la edad del productor el promedio es de 50 años, y el números de personas promedio que viven en la finca es de 6 personas. Característica de la finca: En cuanto a la distribución de la tierra el área total promedio en manzana es de 33.75 manzanas, y el área ganadera en promedio es de 24.36 manzana, en lo referente a la tenencia de la tierra el 53.5% de los productores encuestados poseen tierras propias, un 24.8% tienen una forma de tenencia de la tierra propia y alquilada y % restante tienen otra modalidad de tenencia. En lo referente a la infraestructura el 96.1% de los productores poseen corrales, un 66.7% tienen salitreros, un 51.9% cuentan con comederos, apenas un 10.1% poseen mangas, un 55.8% tienen pilas para abrevar su ganado y apenas un 33.3% cuentan con bodegas. Características de la población animal: En promedio de vaquillas es de 2.55, el promedio de vacas en producción es de 6.31, el promedio de vacas secas es de 3.67 y el promedio de toros es de 0.65.Esto es con respecto a las categorías tomadas en cuentas en esta variable. Hablando del tamaño general del hato en promedio es de 24.58 U.A. Manejo sanitario: Con respecto a la desparasitación del ganado en el ultimo año un 94.6% de los productores ha desparasitado. Referente a los que han vacunado en el ultimo año un 87.4% manifestó haber realizado dicha actividad. En cuanto a cuantas veces vacuna al año un 55% manifestaron hacerlo 2 veces al año, hablando de las enfermedades contra las que vacunan el 59.6 % expresaron vacunar contra ántrax y pierna negra. Manejo productivo el promedio de vacas en ordeños fue de 6.31 U.A, la producción de leche en invierno es de 4.61 Lt/v/día y la producción en verano es de 3.24 Lt/v/día, con lo que respecta a la venta de la leche un 50.39 % de los productores venden la leche al contado y en cuanto a la venta de carne un 87..6% de los productores venden al contado. Manejo reproductivo la edad en que son incorporadas las vaquillas es a los 28.13 meses, el intervalo parto-parto en promedio es de 14.67 meses y el promedio de partos por vacas es de 5.7 partos, el 94.6% de los productores utiliza semental para cubrir las hembras. Manejo alimentario con respecto al tipo de pasto suministrados al ganado un 41.8 % de los productores de dan pasto mejorados y naturales, únicamente un 10.9% de los productores le da concentrado a su ganado, el 38 % les dan suplemento al ganado y un 68.2 % de los encuestados dan rastrojo en la alimentación del ganado. Conocimiento tecnológico referente al uso de registro apenas un 32.6 % lleva registros productivos y reproductivos, con lo que respecta a la organización un 44.2 % forma parte de una organización, apenas un 15.5 % de los productores encuestados reciben financiamiento de instituciones y apenas el 30.2 % del total de productores ha recibido capacitaciones sobre el manejo del ganado.

高Mach数格子Boltzmann模型的改进

对文献「７」所提出的高Ｍａｃｈ数格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ模型作了改进，克服了原模型拟结果与理论偏差较大、存在色散效应的缺陷，并进一步把Ｍａｃｈ数提高到５以上，据我们所知，这是目前同类研究的最好结果。

A Lagrangian lattice Boltzmann method for Euler equations

A Lagrangian lattice Boltzmann method for solving Euler equations is proposed. The key step in formulating this method is the introduction of the displacement distribution function. The equilibrium distribution function consists of macroscopic Lagrangian variables at time steps n and n + 1. It is different from the standard lattice Boltzmann method. In this method the element, instead of each particle, is required to satisfy the basic law. The element is considered as one large particle, which results in simpler version than the corresponding Eulerian one, because the advection term disappears here. Our numerical examples successfully reproduce the classical results.