The numerical simulation of fluid flow involving complex geometries is greatly limited
by the required spatial grid resolution. These flows often contain small regions with complex
motions, while the remaining flow is relatively smooth. Adaptive mesh refinement
(AMR) enables the spatial grid to be refined in local regions that require finer grids to
resolve the flow. This work describes an approach to parallelization of a structured adaptive
mesh refinement (SAMR) algorithm. This type of methodology is based on locally
refined grids superimposed on coarser grids to achieve the desired resolution in numerical
simulations. Parallel implementations of SAMR methods offer the potential for accurate
simulations of high complexity fluid flows. However, they present interesting challenges in
dynamic resource allocation, data-distribution and load-balancing. The overall efficiency
of parallel SAMR applications is limited by the ability to partition the underlying grid
hierarchies at run-time to expose all inherent parallelism, minimize communication and
synchronization overheads, and balance load. The methodology is based on a message
passing interface model (MPI) using the recursive coordinate bisection (RCB) for domain
partition. For this work, a semi-implicit projection method has been implemented to solve
the incompressible Navier Stokes equations. All numerical implementations are an extension
of a sequential Fortran 90 code, called "AMR3D", developed in the work of Nós
(2007) .The efficiency and robustness of the applied methodology are verified via convergence
analysis using the method of manufactured solutions. Validations were performed
by simulating an incompressible jet flow and a lid driven cavity flow. / A simulação numérica de escoamentos envolvendo geometrias complexas é fortemente
limitada pela resolução da malha espacial. Na grande maioria dos escoamentos, há pequenas
regiões do domínio onde o fluido se movimenta de forma complexa gerando gradientes
elevados, enquanto que no restante do domínio o escoamento é relativamente calmo". O
Refinamento Adaptativo de Malhas (Adaptive Mesh Refinement - AMR), possibilita que
o refinamento da malha espacial seja mais apurado em regiões especificas, enquanto que
nas demais regiões o refinamento pode ser mais grosseiro. O presente trabalho consiste
no desenvolvimento de uma metodologia de paralelização para a solução das equações de
Navier-Stokes em malhas adaptativas bloco-estruturadas (Structured Adaptive Mesh Refinement - SAMR) utilizando a interface MPI (Message Passing Interface) e o método de
bisseção por coordenadas RCB (Recursive Coordinate Bisection) para o balanço de carga.
Implementações de métodos SAMR em processamento paralelo oferecem a possibilidade
de simulações precisas de escoamentos de elevada complexidade. No entanto, apresentam
desafios interessantes quanto à dinamicidade na alocação e distribuição dos dados e no
balanceamento de carga. Cabe ressaltar que a é ciência total das aplicações envolvendo
métodos SAMR em processamento paralelo é fortemente dependente da qualidade do particionamento
dinâmico de domínio, efetuado em tempo de execução, para que se garanta
os menores custos de comunicação e sincronização possíveis, além de uma boa distribuição
da carga computacional. Neste trabalho, utilizou-se o esquema semi-implícito proposto
por Ceniceros et al. (2010) para avanço temporal. Todas as implementações foram efetuadas
como uma extensão do código AMR3D", proposto por Nós (2007). A é ciência e a
robustez do método proposto são verificadas por meio do método das soluções manufaturadas.
As validações foram feitas por meio da simulação do escoamento em uma cavidade
com tampa deslizante e de um jato incompressível. / Doutor em Engenharia Mecânica
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:RI_UFU:oai:repositorio.ufu.br:123456789/14727 |
| Date | 28 September 2012 |
| Creators | Lima, Rafael Sene de |
| Contributors | Roma, Alexandre Megiorin, Silveira Neto, Aristeu da, Duarte, Marcus Antônio Viana, Serfaty, Ricardo, Woiski, Emanuel Rocha, Vedovoto, João Marcelo |
| Publisher | Universidade Federal de Uberlândia, Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, UFU, BR, Engenharias |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFU, instname:Universidade Federal de Uberlândia, instacron:UFU |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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