Parallelle Solvers voor de CFD-code WISH3D
Bas van Oudenaarde

Plaats van afstuderen:
TNO Technisch Physische Dienst
Stieltjesweg 1 (Postbus 155)
2600 AD Delft
start van afstuderen: oktober 1997

In januari 1998 is de scriptie verschenen. De afstudeeropdracht is augustus 1998 afgerond met het schrijven van het afstudeerverslag. Huidige adresgegevens etc. zijn te vinden op onze alumnipagina.

Korte omschrijving van de afstudeeropdracht:
Proces Fysica (PF) is een afdeling van TNO-TPD die zich o.a. bezig houdt met warmte- en stoftransport, een toepassing is b.v. stromingen in glasovens. Om dit te simuleren is een software pakket WISH3D ontwikkeld. Hierin zijn diverse vergelijkingen, die nodig zijn om het fysisch gedrag te beschrijven, gediscretiseerd met de Eindige Volume Methode (EVM) op een 'staggered' grid.

De Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations (SIMPLE) methode zorgt voor een oplossing van het gekoppelde niet-lineaire stelsel vergelijkingen. SIMPLE is een iteratie proces waarbij het stelsel opgesplitst wordt in lineaire sub-stelsels voor de diverse grootheden. Deze stelsels moeten worden opgelost in elke SIMPLE iteratie. Hierdoor is een SIMPLE iteratie tijdrovend. Het doel van het onderzoek is het versnellen van zo'n iteratie met behulp van het parallelliseren van de solvers voor het oplossen van de sub-stelsels. Als parallelle machine wordt een cluster van werkstations gebruikt. Bovendien zullen er testen op de Cray-T3E gedaan worden.

Er zijn diverse manieren om te parallelliseren. Voor dit onderzoek is gekozen voor een Data Parallelle manier m.b.v. High Performance Fortran (HPF). Hierbij is de parallellisatie gebaseerd op matrix operaties. Deze bewerkingen zijn al op een efficiente manier geimplementeerd door de fabrikant. Alle communicatie wordt in HPF door de compiler geregeld. In de bestaande versie van WISH3D (sequentieel) wordt veel gebruik gemaakt van de z.g. TDMA-solvers. De TDMA-solvers zijn zeer robuust en bevatten principes uit de Gauss-Seidel en ILU solvers. Een nadeel van parallellisatie van de TDMA-solver is dat een deel van de robuustheid verloren gaat. In dit onderzoek wordt geprobeerd om deze nadelen te beperken. Verder zal ook de GMRES (Generalized Minimal Residual method) solver worden geparallelliseerd. Vanwege de vele (matrix) vector-operaties zou de parallellisatie in HPF efficient moeten zijn.

Bij deze solvers is ook preconditionering nodig. Gekeken wordt naar preconditioneringen, die geen of weinig communicatie behoeven bij parallellisatie, zoals de Jacobi en Block Jacobi preconditionering. Met diverse testproblemen zal de speedup van de solvers vergeleken worden.
Back to home page or Afstudeer pagina of Kees Vuik