КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 19-11-00286
НазваниеМоделирование течения жидкостей в сложной геометрии модифицированным методом решеточных уравнений Больцмана
Руководитель Щур Лев Николаевич, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау Российской академии наук , Московская обл
Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах; 01-217 - Математическое моделирование физических сред
Ключевые слова моделирование сложных течений, моделирование в сложной геометрии, гибридные выокопроизводителдьные вычислительные системы, колебания погруженной тонкой пластинки
Код ГРНТИ29.03.77
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Исследование процессов, происходящих при сложных течениях жидкости в нетривиальной геометрии, является фундаментальной научной задачей, которая имеет большое число приложений в различных областях знания, а также важна и для решения практических задач. Для успешного проведения фундаментальных исследований в этой области необходима разработка методов и алгоритмов анализа процессов и основанного на них программного обеспечения. Исследования требуют больших затрат компьютерного времени, поэтому для эффективного выполнения моделирования необходимо учитывать современную архитектуру массивно-параллельных и гибридных вычислительных систем при разработке алгоритмов и программного обеспечения.
Проект предусматривает разработку методов моделирования течения сложных жидкостей в сложной геометрии, а также сложных течений жидкости. Наше исследование будет основано на модификациях метода решеточного уравнения Больцмана. Выбор метода обусловлен двумя факторами – возможностью реализации высокой степени параллелизма программного обеспечения при моделировании и гибкостью метода в его реализации для практически интересных задач. Метод планируется применить метод для исследования наиболее актуальных задач (например, течение пузырьков в замкнутой цилиндрической геометрии, течение клеток в кровеносных сосудах). Имеющиеся аналитические решения и аккуратные численные расчеты в некоторой области параметров задач позволят провести проверку методов и алгоритмов, а также настройку параметров для проведения расчетов. В некоторых приведенных примерах результаты моделирования могут иметь значение для объяснения имеющихся экспериментальных данных. Разработанные алгоритмы и программное обеспечение будут опубликованы в библиотеках программного обеспечения и могут быть использованы другими научными группами.
Актуальность проекта обусловлена как разработкой программных систем для новых высокопроизводительных вычислительных систем, так и разработкой методов анализа актуальных научных задач. Например, для вышеуказанных задач исследования сложных течений в сложной геометрии имеются аналитические решения и результаты моделирования, которые применимы в ограниченной области параметров и/или при существенных ограничениях (например, малость амплитуды колебаний, понижение размерности трехмерной задачи до двумерной и т.п.), что не позволяет в полной мере описать экспериментальные данные и применить результаты для практически важных задач. Разработка расширенных методов анализа таких систем, безусловно, является актуальной задачей.
Новизна проекта комплексная, она состоит в разработке модификаций метода решеточных уравнений Больцмана для конкретных применений, в разработке параллельных алгоритмов, в реализации программного обеспечения для использования в гибридных высоко-производительных вычислительных системах с учетом современной архитектуры ускорителей вычислений (например, FMA/AVX-512). Новизна проекта состоит также в формулировке конкретных задач для проведения моделирования. Заметим, что результаты выполнения проекта могут иметь практическое применение для выяснения механизма ускорения распространения метастазов в кровотоке организмов.
Отладка программного обеспечения и предварительное моделирование будут производиться на узле R2D26 и кластере Manticore, приобретенных в рамках проекта РНФ 14-21-00158. Это позволит проводить отладку с использованием MPI, OpenMP, CUDA и AVX-512.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1. Гуськова М.С., Щур В.Л., Щур Л.Н. SIMULATION OF DROP OSCILLATION USING THE LATTICE BOLTZMANN METHOD Lobachevskii Journal of Mathematics (год публикации - 2020)
2. Клименкова О.Д. АЛГОРИТМ ГЕНЕРАЦИИ ОТРЕЗКОВ НА ПЛОСКОСТИ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВУМЕРНОЙ ПЕНЫ Сборник материалов межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов имени Е.В.Арменского (год публикации - 2020)
3. Загвоздина К., Буровский Е.А. СРАВНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ УЧЁТА ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ В МЕТОДЕ РЕШЁТОЧНОГО УРАВНЕНИЯ БОЛЬЦМАНА НА ПРИМЕРЕ ДВУМЕРНОГО ТЕЧЕНИЯ КУЭТТА Сборник материалов межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов имени Е.В.Арменского (год публикации - 2020)
Публикации
1.
Гуськова М., Щур В., Щур Л.
Simulation of Drop Oscillation Using the Lattice Boltzmann Method
Lobachevskii Journal of Mathematics, Vol. 41, No. 6, pp. 992–995 (год публикации - 2020)
10.1134/S1995080220060104
2.
Щур Л., Гуськова М.
Drop Oscillation Modeling
Communications in Computer and Information Science, 1331, 198-206 (год публикации - 2020)
10.1007/978-3-030-64616-5_17
3. Гуськова М.С., Щур Л.Н. Simulation of the Drops Oscillations in the Channel Smart Innovation, Systems and Technologies (год публикации - 2021)
4. Загвоздина К., Буровский Е. Exploring the accuracy of the Lattice Boltzmann Method Journal of Physics: Conference series (год публикации - 2021)
5. Гуськова М. Щур Л. Immersed boundary simulation of drop stability Journal of Physics: Conference series (год публикации - 2021)
6. Руссков А., Чулкевич Р., Щур Л. Algorithm for replica redistribution in an implementation of the population annealing method on a hybrid supercomputer architecture Computer Physics Communications (год публикации - 2021)
7. Загвоздина К.О. СРАВНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ УЧЁТА ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ В МЕТОДЕ РЕШЁТОЧНОГО УРАВНЕНИЯ БОЛЬЦМАНА НА ПРИМЕРЕ ДВУМЕРНОГО ТЕЧЕНИЯ КУЭТТА Межвузовская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов им. Е.В. Арменского. Материалы конференции, М. ~: МИЭМ НИУ ВШЭ, 2020. – 230 стр. (год публикации - 2020)
Публикации
1. Гуськова М., Щур Л. Wave spectrum of flowing drops Communications in Computer and Information Science (год публикации - 2022)
2. Щур Л.Н. Population annealing method and hybrid supercomputer architecture CEUR Workshop Proceedings, Proceedings of the 9th International Conference "Distributed Computing and Grid Technologies in Science and Education" Dubna, Russia, July 5-9, 2021. Edited by Vladimir Korenkov, Andrey Nechaevskiy, Tatiana Zaikina (2021) P. 597-599 (год публикации - 2021)
3. Гуськова М., Буровский Е., Щур В., Щур Л. Simulation of the particle dynamics in the two-dimensional Poiseuille flow with low Reynolds number Lobachevskii Journal of Mathematics (год публикации - 2022)
4. Зиганурова Л., Щур Л. Algorithm for adaptive mesh redistribution in Lattice Boltzmann simulations Lobachevskii Journal of Mathematics (год публикации - 2022)
5. Гуськова М., Щур Л. Spectrum of chain oscillation in Poiseuille flow arxiv.org, arXiv:2112.06673 (год публикации - 2021)