Open AccessSupercomputer multiscale modeling of gas mixture flows in microchannels
Author(s) -
В. О. Подрыга,
Сергей Владимирович Поляков
Publication year - 2018
Publication title -
vyčislitelʹnye metody i programmirovanie
Language(s) - English
Resource type - Journals
eISSN - 1726-3522
pISSN - 0507-5386
DOI - 10.26089/nummet.v19r104
Subject(s) - computer science , knudsen number , parallel computing , supercomputer , domain decomposition methods , computational science , range (aeronautics) , materials science , mechanics , physics , thermodynamics , finite element method , composite material
Статья посвящена моделированию течений реальных газов и их смесей в микроканалах технических систем с использованием высокопроизводительных вычислений. Для моделирования используется многомасштабный двухуровневый подход, сочетающий расчеты на макро- и микроуровнях. Подход позволяет исследовать многокомпонентные течения в микроканалах сложной геометрии в широком диапазоне чисел Кнудсена.Параллельная реализация основана на методе разделения областей и функциональном параллелизме и ориентирована на использование вычислительных систем с гибридной архитектурой. В качестве примера рассмотрена задача истечения смеси азота иводорода в вакуум. На этом примере исследована корректность многомасштабногоподхода. Кроме того, представлены результаты прямого молекулярно-динамическогомоделирования течения азота в никелевом микросопле, в том числе характеристикаэффективности распараллеливания при большом числе частиц (0.5 млрд) и профилискорости в микросопле в зависимости от времени. This paper is devoted to the modeling of flows of real gases and their mixtures in microchannels of technical systems using high-performance computing. For modeling, a multiscale two-level approach is used; it combines calculationsat macro- and microlevels. The approach makes it possible to study multicomponent flows in microchannels of complex geometry in a wide range of Knudsen numbers. The parallel implementation is based on the domain decomposition method and the functional parallelism and is oriented on the use of computer systems with hybrid architecture. As an example, the problem of outflow of a nitrogen and hydrogen mixture into vacuum is considered. This example is used to study the correctnessof the multiscale approach. In addition, the results of direct molecular-dynamicsmodeling of nitrogen flow in a nickel micronozzle are discussed, including theparallelization performance at a large number of particles (0.5 billion) andthe velocity profiles in a micronozzle as a function of time.