<p>Lattice Boltzmann-based (LB) simulations are well suited to the simulation of
fluid flows in complex structures encountered in chemical engineering like
porous media or structured packing used in distillation and reactive
distillation columns. These simulations require large amounts of
memory (around 10 gigabytes) and would require very long execution times
(around 2 years) if executed on a single powerful desktop computer.</p>
<p>The execution of LB simulations in a distributed way (for example, using
cluster computing) can decrease the execution time and reduces the memory
requirements for each computer. Dynamic Heterogeneous Clusters (DHC) is a class
of clusters involving computers inter-connected by a local area network; these
computers are potentially unreliable and do not share the same architecture,
operating system, computational power, etc. However, DHCs are easy to setup and extend,
and are made of affordable computers.</p>
<p>The design and development of a software system which organizes large scale
DHCs in an efficient, scalable and robust way for implementing very large scale
LB simulations is challenging.
In order to avoid that some computers are overloaded and slow
down the overall execution, the heterogeneity of computational power should be
taken into account. In addition, the failure of one or several computers during
the execution of a simulation should not prevent its completion.</p>
<p>In the context of this thesis, a simulation tool called LaBoGrid was
designed. It uses existing static load balancing tools and implements an
original dynamic load balancing method in order to distribute the simulation in
a way that minimizes its execution time. In addition, a distributed and scalable
fault-tolerance mechanism based on the regular saving of simulation's state
is proposed. Finally, LaBoGrid is based on a distributed master-slave
model that is robust and potentially scalable.</p>
<br/>
<p>Les simulations basées sur les méthodes de Lattice Boltzmann sont bien
adaptées aux simulations d'écoulements de fluides à l'intérieur de structures
complexes rencontrées en génie chimique, telles que les milieux poreux ou les
empilements structurés utilisés dans des colonnes de distillation et de
distillation réactive. Elles requièrent toutefois de grandes quantités de
mémoire (environ 10 gigaoctets). Par ailleurs, leur exécution sur un seul
ordinateur de bureau puissant nécessiterait un temps très long (environ deux
ans).</p>
<p>Il est possible de réduire à la fois le temps d'exécution et la quantité de
mémoire requise par ordinateur en exécutant les simulations LB de manière
distribuée, par exemple en utilisant un cluster. Un Cluster Hétérogène
Dynamique (CHD) est une classe de clusters impliquant des ordinateurs
qui sont interconnectés au moyen d'un réseau local, qui ne sont pas
nécessairement fiables et qui ne partagent pas la même architecture, le
même système d'exploitation, la même puissance de calcul, etc. En revanche, les
CHD sont faciles à installer, à étendre et peu coûteux.</p>
<p>Concevoir et développer un logiciel capable de gérer des CHD à grande échelle
de façon efficace, extensible et robuste et capable d'effectuer des simulations
LB à très grande échelle constitue un défi. L'hétérogénéité de la puissance de
calcul doit être prise en compte afin d'éviter que certains ordinateurs soient
débordés et ralentissent le temps global d'exécution. En outre, une panne d'un
ou de plusieurs ordinateurs pendant l'exécution d'une simulation ne devrait pas
empêcher son achèvement.</p>
<p>Dans le contexte de cette thèse, un outil de simulation appelé LaBoGrid a été
conçu. LaBoGrid utilise des outils existants de
répartition statique de la charge et implémente une méthode originale de
répartition dynamique de la charge, ce qui lui permet de distribuer une
simulation LB de manière à minimiser son temps d'exécution. De plus, un mécanisme distribué
et extensible de tolérance aux pannes,
fondé sur une sauvegarde régulière de l'état de simulation, est proposé. Enfin,
LaBoGrid se base sur un modèle distribué de type « maître-esclaves » qui est
robuste et potentiellement extensible.</p>
| Identifer | oai:union.ndltd.org:BICfB/oai:ETDULg:ULgetd-11042010-121449 |
| Date | 20 January 2011 |
| Creators | Dethier, Gérard |
| Contributors | Gribomont, Pascal, Marchot, Pierre, Pirotton, Michel, de Marneffe, Pierre-Arnoul, Boigelot, Bernard, Manneback, Pierre, Piater, Justus |
| Publisher | Universite de Liege |
| Source Sets | Bibliothèque interuniversitaire de la Communauté française de Belgique |
| Detected Language | French |
| Type | text |
| Format | application/pdf |
| Source | http://bictel.ulg.ac.be/ETD-db/collection/available/ULgetd-11042010-121449/ |
| Rights | unrestricted, Je certifie avoir complété et signé le contrat BICTEL/e remis par le gestionnaire facultaire. |
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