Implementação paralela de um código de elementos finitos em 2D para as Equações de Navier-Stokes para fluidos incompressíveis com transporte de escalares.

O estudo do fluxo de água e do transporte escalar em reservatórios hidrelétricos é importante para a determinação da qualidade da água durante as fases iniciais do enchimento e durante a vida útil do reservatório. Neste contexto, um código de elementos finitos paralelo 2D foi implementado para resolver as equações de Navier-Stokes para fluido incompressível acopladas a transporte escalar, utilizando o modelo de programação de troca de mensagens, a fim de realizar simulações em um ambiente de cluster de computadores. A discretização espacial é baseada no elemento MINI, que satisfaz as condições de Babuska-Brezzi (BB), que permite uma formulação mista estável. Todas as estruturas de dados distribuídos necessárias nas diferentes fases do código, como pré-processamento, solução e pós-processamento, foram implementadas usando a biblioteca PETSc. Os sistemas lineares resultantes foram resolvidos usando o método da projeção discreto com fatoração LU por blocos. Para aumentar o desempenho paralelo na solução dos sistemas lineares, foi empregado o método de condensação estática para resolver a velocidade intermediária nos vértices e no centróide do elemento MINI separadamente. Os resultados de desempenho do método de condensação estática com a abordagem da solução do sistema completo foram comparados. Os testes mostraram que o método de condensação estática apresenta melhor desempenho para grandes problemas, às custas de maior uso de memória. O desempenho de outras partes do código também são apresentados.

An accelerated 3D Navier-Stokes solver for flows in turbomachines

A new three-dimensional Navier-Stokes solver for flows in turbomachines has been developed. The new solver is based on the latest version of the Denton codes, but has been implemented to run on Graphics Processing Units (GPUs) instead of the traditional Central Processing Unit (CPU). The change in processor enables an order-of-magnitude reduction in run-time due to the higher performance of the GPU. Scaling results for a 16 node GPU cluster are also presented, showing almost linear scaling for typical turbomachinery cases. For validation purposes, a test case consisting of a three-stage turbine with complete hub and casing leakage paths is described. Good agreement is obtained with previously published experimental results. The simulation runs in less than 10 minutes on a cluster with four GPUs. Copyright © 2009 by ASME.