Parallel Adaptive Multiscale Numerical Methods for Complex Compressible Flows

par Vineet Soni

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides

Sous la direction de Abdellah Hadjadj.

Les rapporteurs étaient Kai, Bernd Schneider, Gabi Ben-Dor.

  • Titre traduit

    Méthodes numériques adaptatives multi-échelles pour les écoulements de fluides compressibles


  • Résumé

    Les défis liés à la réalisation de simulations numériques haute fidélité de calculs à grande échelle posent un énorme problème de calcul numérique en raison de la nécessité de traiter des situations complexes multi–échelles. Pour résoudre ce problème, une méthode «valeur au point» multi–résolution (MR) adaptative basée sur les ondelettes est développée dans un cadre d’un schéma de différences finies d’ordre élevé. De plus, afin de tirer profit de la puissance de calcul des supercalculateurs, trois nouveaux algorithmes d’équilibrage de charge parallèles sont adaptés à la méthode MR. Les algorithmes comprennent un nouveau concept de la «multiresolution en structure de forêt» (MFS). Une évaluation minutieuse de ces méthodes est discutée en détail pour faire ressortir leurs avantages ainsi que leurs limites. Une analyse rigoureuse des performances de ces méthodes montre un immense potentiel pour exploiter le parallélisme à l’aide du concept de MFS proposé. Son application aux ondes de choc, y compris l’interaction choc–obstacle dans les réflecteurs cylindriques doubles concaves, pour la détonation, l’allumage ou les problèmes de combustion à grande vitesse, montre deux nouvelles bifurcations de choc révélant une meilleure compréhension de la phénoménologie des configurations de réflexion. Il est rapporté, pour la première fois, que la transition d’une configuration d’onde à «single–point–triple» (STP) vers une configuration d’onde à «double–point–triple» (DTP) et vice versa se produit plusieurs fois sur le deuxième réflecteur, montrant ainsi que l’écoulement est capable de conserver la mémoire des événements passés sur tout le processus.


  • Résumé

    The challenges of real world problems with respect to perform high–fidelity numerical simulations of large–scale computations inflict a huge computational hurdle due to the necessity of handling complex multiscale problems. To address this issue, a wavelet based adaptive point–value multiresolution (MR) method is developed, which dynamically adjusts the grid resolution, hence enabling to capture small–scale flow details while preserving the local accuracy of the solution. Moreover, in order to take advantage of the most prevalent supercomputers, three new parallel load–balancing algorithms are tailored for the point–value MR method. The algorithms include a new concept of the multiresolution forest structure (MFS). A careful assessment of these methods are discussed in detail to bring forth their benefits as well as their limitations. Rigorous performance analysis of these methods exhibits an immense potential to exploit the parallelism using the proposed MFS concept. Its application to shock waves involving shock–obstacle interaction in double–concave cylindrical reflectors, for ignition detonation or high–speed combustion problems, shows two new shock bifurcations revealing a greater insight into the phenomenology of the reflection configurations. It is reported for the first time that the transition from a single–triple–point wave configuration (STP) to a double–triple–point wave configuration (DTP) and back occurs several times on the second reflector, indicating that the flow is capable of retaining the memory of the past events over the entire process.

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  • Détails : 1 vol. (116 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 116 références

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  • Bibliothèque : Université de Rouen Normandie. Service commun de la documentation. Section Sciences et Techniques (site du Madrillet).
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 16/ROUE/S062
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