Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Reza Pishevar,Mahmud Ashrafizadeh
احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد مشاور) محمود اشرفی زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad saber Zamanpour zahraee
محمدصابر زمان پورزهرائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
Compressible flow problems are frequently encountered in mechanical engineering. In fluid flow simulation at high Reynolds number, due to reduction of the viscous effects, compressibility can be neglected. By dropping the viscous term out of the Navier stokes equation, the Euler equation is obtained. To investigate supersonic and hypersonic flows the Euler equation can be used. Simulation of compressible flow is usually very time consuming hence its computational cost is high. Parallel processing with Graphical Processing Unit (GPU) has secondly been widely used to reduce such costs. In this work numerical solution of the governing equations for inviscid compressible flow using HLL, HLLC and WENO5 methods have been described and the accuracy of them for one dimensional problems (for which the analytical solution of Riemann is available) has been investigated to validate results. The explosion problem in two dimensions has been solved. The present solution has been compared with the Godunov method. The solver of the Riemann problems in the present work is almost the same as the exact solver, however an additional source term has been included, to implement the boundary condition for the 2D problem. The immersed boundary method has been used. In this method a ghost fluid is used for the extension of the boundary condition with high accuracy. Using this method one can use the rectangular Cartesian grid method instead of considering a boundary fitted grid. This will simplify the implementation costs. To validate the immersed boundary method, the triple points resulted from the trailing works will be located by an interpolation method and the result will be compared with experimental and numerical results reported by others. The computed codes for the simulation of the compressible fluid flow have been written using the CUDA programming language and may have been executed in parallel on the of graphical processing units. The GPU that has been use for this work was GerfoceGTX580, with 512 cores and 1536 MB accessory memory and 192 Gbyte/sec speed of data transfer. The speed up ratio is directly related to the number of cores, and it will be effectively increased as the number of computational cores is increased. The speed up ratio for the HLL code for the one dimensional problem was 30X and for the two dimensional case it was more than 80X. For the WENO5 code we achieved a 36X speed up ratio for the 1D case and we reached 174X speed up ratio for the 2D problem. The above mentioned speeds up ratio are very considerable and for compressible solvers have not been reported previously. In this research the effect of increasing the size of the block on the speed up ratio has been studied, and we showed that best size of the block for the used graphical card is 512x1. Using immersed boundary method, the speed up ratio was decreased however with increasing the domain size the speed up ratio will approach to the speed of ratio of the other method which does not use the immersed boundary technique. Keywords : Compressible flow, CUDA, HLL, HLLC, WENO, Immersed Boundary
بررسی جریان‌های تراکم‌پذیر از پرکاربردترین مسائل در مهندسی مکانیک می‌باشد. در شبیه سازی جریان‌های با عدد ماخ بالا به‌علت کاهش اثر لزجت، می‌توان از آن صرف نظر کرد. با حذف ترم لزجت از معادله ناویراستوکس، معادله اویلر حاصل می‌شود. برای تحلیل جریان‌های مافوق صوت و ماوراء صوت از معادله اویلر استفاده می‌شود. شبیه سازی جریان‌های تراکم‌پذیر به‌علت طولانی بودن زمان اجرا، بسیار پرهزینه است. اخیرا استفاده از پردازشگر گرافیکی برای محاسبات موازی جریان‌های تراکم‌پذیر غیرلزج رواج زیادی یافته است. کارهای انجام شده، نتایج خیره کننده‌ای از میزان افزایش سرعت روی پردازشگر گرافیکی نسبت به پردازشگر مرکزی نشان می‌دهد. در این تحقیق حل عددی معادلات حاکم برای جریان‌های تراکم‌پذیر غیرلزج با روش‌های HLL، HLLC و WENO به‌صورت مبسوط شرح داده می‌شود و دقت این روش‌ها در حالت‌ یک‌بعدی توسط حل دقیق مسأله ریمان، اعتبار سنجی و مقایسه می‌شوند.برای اعتبارسنجی در حالت دوبعدی از حل مسأله انفجار استفاده می‌شود. این حل با روش Godunov مقایسه می‌گردد. حلگر مسأله ریمان در این مسأله همان حلگر دقیق می‌باشد با این تفاوت که یک ترم چشمه به آن اضافه شده است. برای شرایط مرزی در شبیه سازی جریان‌های دوبعدی از روش مرز شناور استفاده شده است. این روش مبتنی بر بکارگیری سیال مجازی به‌منظور توسعه شرایط مرزی با دقت حل بالا می‌باشد. با اعمال این روش می‌توان به جای استفاده از شبکه منطبق بر مرز ، از شبکه دکارتی مربعی استفاده نمود که باعث سادگی کار و کاهش هزینه‌های محاسباتی می‌شود. برای اعتبارسنجی روش مرز شناور، نقاط سه‌گانه ناشی از برخورد امواج در جریان پشت استوانه، مکانیابی می‌شود و با نتایج آزمایشگاهی و شبیه سازی‌های عددی مقایسه می‌گردد. برنامه‌های تراکم‌پذیر نوشته شده با استفاده از محیط کودا، قابل اجرا به‌صورت موازی روی پردازشگر گرافیکی می‌گردند. پردازنده گرافیکی مورد استفاده در این پژوهش، GeforceGTX580 می‌باشد. این پردازنده دارای 512 هسته محاسباتی و حافظه جانبی 1536مگابایت است. سرعت انتقال اطلاعات در این پردازنده برابر 192 گیگابایت بر ثانیه می‌باشد. میزان افزایش سرعت با تعداد گره محاسباتی رابطه مستقیم دارد و با افزایش تعداد گره، مقدار آن افزایش می‌یابد. با استفاده از این پردازنده، میزان افزایش سرعت در برنامه یک‌بعدی HLLC، 35 برابر محاسبه گردید. سرعت اجرای برنامه HLL در حالت یک بعدی 30 برابر و در حالت دوبعدی بیش از 80 برابر افزایش یافته است. برای برنامه WENO نیز افزایش سرعت معادل 36 برابر و 176 برابر حاصل شده است. این میزان افزایش سرعت بسیار خیره کننده است و برای اولین بار است که این میزان افزایش سرعت برای برنامه تراکم‌پذیر با استفاده از یک پردازنده گرافیکی به‌دست می‌آید. در این تحقیق به بررسی اثر اندازه بلوک روی میزان افزایش سرعت پرداخته شده است. نشان داده شد که بهترین اندازه بلوک در این کارت گرافیک، 1×512 می‌باشد. با استفاده از مرز شناور میزان افزایش سرعت کاهش می‌یابد اما با افزایش اندازه شبکه، این مقدار به مقدار افزایش سرعت بدون مرز شناور نزدیک‌تر می‌شود. کلمات کلیدی جریان تراکم‌پذیر، کودا، HLL، HLLC، WENO، مرز شناور

ارتقاء امنیت وب با وف بومی