MASTER RECHERCHE Dynamique des Fluides, Energétique

MASTER RECHERCHE
Dynamique des Fluides, Energétique et Transferts, Mécanique
des fluides pour l'environnement
Proposition de sujet de stage 2011 – 2012
Date d’envoi : 06/10/11
TITRE : Calcul intensif massivement parallèle du mélange de gaz
par instabilités inertielles.
Responsable(s) : Laboratoire :
Stéphane JAMME & Laurent JOLY,
Email : [email protected], [email protected]
Tél : 05 61 33 91 73, 05 61 33 91 65
ISAE, Département Aérodynamique, Énergétique et Propulsion
(DAEP), Campus Ensica (Jolimont)
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Objectifs du stage :
Dans le cadre des recherches menées dans l’axe « Turbulence, Instabilités et
Simulations Numériques», le Département d’Aérodynamique, Energétique et Propulsion de
l’ISAE conduit des travaux visant à mieux comprendre les instabilités de nature inertielle qui
se développent dans des situations de mélange de fluides à densité variable. L’instabilité de
Richtmyer-Meshkov (RMI) qui nait de l’accélération impulsionnelle d’un milieu inhomogène
fait l’objet d’une collaboration avec le CEA car elle est au coeur des mécanisme en jeu lors
d’une réaction de fusion par confinement inertiel (cf. projet Laser Mégajoule du CEA).
L’instabilité de Rayleigh-Taylor (RTI) est de même type mais résulte de la perturbation d’un
milieu stratifié soumis à l’accélération gravitationnelle (constante en intensité et direction).
Ces deux instabilités présentent une topologie analogue de l’interface de zone de
mélange: les poches de fluide lourd tombent en formant des aiguilles ou «spikes», tandis que
le fluide léger remonte le champ d’accélération vers le fluide lourd sous forme de bulles ou
«bubbles», associées à un front de grand rayon de courbure. Cette dissymétrie de forme est
encore mal comprise. Nous proposons une nouvelle grille d’analyse des données de
simulation directe de RMI et de RTI, fondée sur la production de vorticité barocline aux
noeuds de l’instabilité.
Un code de calcul de simulation numérique directes (DNS) d’écoulements turbulents
compressibles a récemment été développé au laboratoire dans le cadre d’une thèse. Le
développement de ce code s’est poursuivi pour permettre de traiter les situations de mélange
binaire (deux constituants) dont relèvent les instabilités RMI et RTI. La performance du code
repose en l’état sur un parallélisme de type mémoire partagée dont l’efficacité (la scalabilité)
chute rapidement avec le nombre de coeurs de calcul. On propose de poursuivre le
développement de ce code en adoptant une parallélisation à mémoire distribuée qui
permettrait de porter le code sur des plateformes de calcul à plusieurs milliers de coeurs et audelà.
Programme de recherche :
La progression envisagée pour ce stage est la suivante :
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Etude bibliographique de la physique des instabilités RMI et RTI,
Prise en main du code de calcul dans sa version actuelle (approche orientée objet,
environnement C++),
Analyse de l’architecture parallèle du code et identification des modifications à
apporter pour migrer vers une approche de type « mémoire distribuée »,
Développement de la version massivement parallèle (mise en place des échanges de
données et des procédures de synchronisation par directives MPI),
Validation des modifications apportées et mesure de scalabilité,
Réalisation de simulations bidimensionnelles et tridimensionnelles d’instabilités RMI
et RTI et comparaison à des résultats publiés,
Analyse du champ d’étirement et de production de vorticité barocline,
Rédaction du rapport et d’un premier jet d’article.