Modulaarinen menetelmä diskreettien liittotilaratkaisijoiden kehittämiseen ja ylläpitoon - sovelluksia kokoonpuristumattomaan Navier-Stokes ratkaisijaan

Mikko Auvinen

    Tutkimustuotos: Doctoral ThesisMonograph

    Abstrakti

    Väitöskirjassa esitellään uusi menetelmä diskreettien liittotilaratkaisijoiden kehittämiseen. Menettely perustuu alkuperäisen ohjelmiston ratkaisualgoritmin rakenteen hyödyntämiseen liittotilasysteemin formuloinnissa ja tuottaa vastaavanlaisen algoritmisen kuvauksen liittotilaratkaisijalle, joka voidaan koota hyödyntäen alkuperäisen ohjelmiston kirjastorutiineja sekä derivoituja rutiineja. Derivoidut rutiinit on johdettu alkuperäisistä käyttäen algoritmisen derivoinnin (AD) takenevaa moodia. Tässä työssä nämä rutiinit on tuotettu AD-työkalulla Tapenade. Menetelmää sovelletaan rakenteettomaan, kokoonpuristumattoman virtauksen Navier-Stokes ratkaisijaan, joka perustuu kontrollitilavuusmenetelmään ja hyödyntää SIMPLE painekorjausratkaisualgoritmia sekä erillistä ratkaisukirjastoa harvoille matriisiyhtälöille. Virtausratkaisijan toteutus on perusteellisesti dokumentoitu, jotta sen ratkaisuproseduurin rakenteellinen hajotelma voidaan osoittaa oikeelliseksi ja informatiiviseksi. Aluksi virtausratkaisijan perusosasta kehitetään vastaava liittotilaratkaisija. Tämän yhteydessä väitöskirjassa käsitellään asioita, jotka liittyvät erillisen ratkaisukirjaston käyttöön liittotilaratkaisijassa sekä AD-työkalun hyödyntämiseen kirjastorakenteisessa ohjelmointiympäristössä. Seuraavaksi menetelmän joustavuus tuodaan esille johtamalla Spalart-Allmaras turbulenssimallin liittotilalle reseptinomainen kuvaus sen ohjelmiston rakenteesta ja liittämällä se modulaarisesti osaksi perusratkaisijaa. Kehitetty diskreetti liittotilaratkaisija verifioidaan vertaamalla sen tuottamia kohdefunktion derivaatta-arvoja Tapenadella etenevässä moodissa derivoidun ratkaisijan tuottamiin sekä differenssimenetelmällä laskettuihin arvoihin. Kohdefunktioina käytetään pintavoimia sekä virtaussysteemin tehohäviötä ja riippumattomina muuttujina laskentaverkon solmuja määrätyillä pinnoilla. Takenevassa ja etenevässä moodissa derivoitujen ratkaisijoiden osoitetaan olevan iteratiivisesti konsistentteja, kuten algoritmisen derivoinnin teoria ennustaa. Työn yhteydessä havaitaan, että nostettaessa virtausmallin Reynoldsin lukua molemmat derivoidut Spalart-Allmaras turbulenssimallit muodostuvat epästabiileiksi. Menetelmän mahdollistama rakenteinen lähdekoodin kokoonpano antaa kehittäjälle vapauden lisätä laskentaa tehostavia muokkauksia liittotilaratkaisijaan. Tämä myötävaikuttaa siihen, että kehitetyn ohjelmiston vaatima lisä laskenta-ajassa ja muistin kulutuksessa jää alhaiseksi. Tehokkuuden ansiosta liittotilaratkaisijalla on mahdollista laskea herkkyysgradientit samalla resoluutiotasolla kuin virtausfysiikka, jopa teollisten sovellusten mittakaavassa.
    Julkaisun otsikon käännösModulaarinen menetelmä diskreettien liittotilaratkaisijoiden kehittämiseen ja ylläpitoon - sovelluksia kokoonpuristumattomaan Navier-Stokes ratkaisijaan
    AlkuperäiskieliEnglanti
    PätevyysTohtorintutkinto
    Myöntävä instituutio
    • Aalto-yliopisto
    Valvoja/neuvonantaja
    • Siikonen, Timo, Vastuuprofessori
    • Ursem, Rasmus, Ohjaaja
    • Gauger, Nicolas, Ohjaaja
    Kustantaja
    Painoksen ISBN978-952-60-5882-5
    Sähköinen ISBN978-952-60-5883-2
    TilaJulkaistu - 2014
    OKM-julkaisutyyppiG4 Tohtorinväitöskirja (monografia)

    Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Modulaarinen menetelmä diskreettien liittotilaratkaisijoiden kehittämiseen ja ylläpitoon - sovelluksia kokoonpuristumattomaan Navier-Stokes ratkaisijaan'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

    Siteeraa tätä