1 / 48

УГАТУ

«СУПЕРКОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ» (СКТЕММ-2011). УГАТУ. Суперкомпьютерные технологии в научных исследованиях и учебном процессе УГАТУ. Газизов Р.К. (Уфимский государственный авиационный технический университет, УГАТУ) г. Якутск, СВФУ, 29 ноября 2011.

maribeth-madsen
Download Presentation

УГАТУ

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. «СУПЕРКОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ» (СКТЕММ-2011) УГАТУ Суперкомпьютерные технологии в научных исследованиях и учебном процессе УГАТУ Газизов Р.К. (Уфимский государственный авиационный технический университет, УГАТУ) г. Якутск, СВФУ, 29 ноября 2011

  2. Содержание доклада УГАТУ 1. Развитие кластерных систем в УГАТУ. 2. Использование кластерных систем. 3. Подготовка кадров.

  3. +266x2xXeon5300 +12xAthlonXP-3000 +32x2xPIII-1000 12xAlpha21164 5x2xPIII-500 Динамика роста вычислительных мощностей кластерных систем УГАТУ УГАТУ Динамика пиковой производительности, Гфлопс

  4. Суперкомпьютер УГАТУ (2007г.) УГАТУ • 532 четырехядерных процессора Intel Xeon 5300 2.33 ГГц • 266 двухпроцессорных узлов • полная оперативная память 2.15 ТБ (8ГБ на узле) • дисковая память 26.7 ТБ • ленточная библиотека 8.8 ТБ • коммуникационная среда – Infiniband (10 Гбит/с) • операционная система– RedHat Enterprise Linux 4.4 • потребляемая мощность 100 КВт • область применения – научно-проектные работы и учебный процесс. Rpeak = 19.86 Тфлопс Rmax= 15.33 Tфлопс (77.2%) № 25 в ТОП 50 (сентябрь 2011 г.)

  5. ТОП50: суперкомпьютер УГАТУ УГАТУ

  6. Лицензионное прикладное ПО УГАТУ

  7. Сервер лицензий прикладного ПО УГАТУ Сервер лицензий Суперкомпьютер Рабочие места

  8. Компьютерное моделирование в конструкциях и аппаратах нефтедобычи УГАТУ Расчет узла смешения в системе совместной транспортировки нефти и газа. Моделирование гравитационного разделения трехфазной смеси в нефтегазоводяном сепараторе. Исследование нестационарных режимов работы компактного циклонного мультифазного сепаратора. (совместно с ООО «РН-УфаНИПИНефть»)

  9. Расчет узла смешения в системе совместной транспортировки нефти и газа УГАТУ Задача: исследовать устойчивость работы узла смешения Вход газа Диаметр 700 мм Расход газа 6966800 м3/сут при н.у. (v=7.58м/с) Вход нефти Диаметр 500 мм Расход нефти 19208 м3/сут. (v=1.13м/с) Выход Диаметр 800мм Расчётная сетка ANSYS CFX содержит 330056 ячеек Давление в узле смешения 27,5 атм Температура 25 С

  10. Компьютерное моделирование в задачах нефтедобычи УГАТУ Колебания поверхности раздела фаз в наклонной трубе

  11. Расчет узла смешения в системе совместной транспортировки нефти и газа УГАТУ

  12. Моделирование гравитационного разделения трехфазной смеси в нефтегазоводяном сепараторе УГАТУ • Цель: сравнение эффективности двух конструкций сепараторов непрерывного действия с разным количеством перегородок. Сепараторы имеют форму горизонтального цилиндра, первый имеет три перегородки, второй — одну. • Результат: показано, что более эффективной является конструкция сепаратора с тремя перегородками.

  13. Моделирование компактного многофазного циклонного сепаратора УГАТУ Принципиальная схема сепаратора Предназначен для раздельного учета продукции скважины: жидкость - газ. Принцип действия За счет тангенциального подвода и лопаточного колеса организуется закрутка потока, в результате смесь делится на компоненты различной плотности (жидкость - газ). После отдельного замера компоненты потока объединяются для последующей транспортировки. Проблема Установленный на месторождении «Ванкор» сепаратор не обеспечивает заявленную степень сепарации, что приводит к ошибкам измерения продукции. На выходе из сепаратора объемное содержание газа в нефти превышает 5 %.

  14. Моделирование компактного многофазного циклонного сепаратора УГАТУ Внешний вид сепаратора

  15. Моделирование многофазного циклонного сепаратора УГАТУ Свойства сред Нефть: • Плотность = 889кг/м3, • Вязкость = 0.015 Па·с. Газ: • Вязкость = 1,18510-5Па·с Параметры потока Вход: Расход 1 500 м3/сут; Газ. фактор 100-300 м3/м3 Выходы: Давление 14-15 атм Геометрическая и сеточная модели 207 тыс. многогранных ячеек

  16. Моделирование компактного многофазного циклонного сепаратора УГАТУ Газовый фактор: R=100 R=300 R=500 R=1000 Показано, что резкое повышение газового фактора при неизменном положении нижнего клапана приводит к падению уровня жидкости в сепараторе со скоростью 0.4…0.8 м/с при перепаде давлений на выходе от 0,5 до 1,5 атм. В результате возможно образование газовой воронки, нарушающей режим работы сепаратора. Время образования газовой воронки составляет 1 – 2 сек.

  17. Компьютерное моделирование в задачах нефтехимпереработки УГАТУ Моделирование двухфазного течения в аппарате окисления нефтяных остатков. Моделирование установки для производства вспенивающегося полистирола методом прямого насыщения расплава. (совместно с ОАО «Салаватнефтеоргсинтез»)

  18. Моделирование двухфазного течения в аппарате окисления нефтяных остатков УГАТУ Схема колонны окисления • Проблема: нестабильная работа окислительной колонны и неудовлетворительное качество продукта (гудрона). • Причина: устройство смешения не обеспечивает требуемых параметров процесса. • Решение: оптимизация конструкции смесительного устройства с помощью моделирования движения воздушного потока через слой гудрона в окислительной колонне с различными вариантами конструкции смесителя.

  19. Моделирование двухфазного течения в аппарате окисления нефтяных остатков УГАТУ Объемная доля гудрона при различных конструкциях смесителя Расширенные сопла Исходная конструкция Смеситель-конус Смеситель- шнек Результат: конструкция со смесителем- шнеком максимально умень-шает заброс гудрона и обеспечивает эффективную работу колонны

  20. Моделирование установки для производства вспенивающегося полистирола УГАТУ Придание огнестойкости вспененному полистиролу происходит благодаря синтетической добавке – т. н. мастербатч (МВ). Проблема: при прохождении смеси полистирола с МВ через теплообменник и смеситель не достигалось равномерное смешение компонентов на выходе

  21. Моделирование установки для производства вспенивающегося полистирола УГАТУ Задача: модификация узла смешения установки по производству полистирола для обеспечения требуемого уровня гомогенности смеси.

  22. Моделирование установки для производства вспенивающегося полистирола УГАТУ Решение: модернизация устройства подвода МВ (что значительно менее затратно, чем установка дополнительного смесителя и реконструкция всей линии). полистирол мастербатч

  23. Моделирование установки для производства вспенивающегося полистирола УГАТУ Результаты моделирования – одиночный впрыск

  24. Моделирование установки для производства вспенивающегося полистирола УГАТУ Результаты моделирования – множественный впрыск

  25. УГАТУ Моделирование процесса линейной сварки трением (совместно с ОАО УМПО)

  26. Моделирование процесса линейной сварки трением УГАТУ Применение линейной сварки трением • Авиация • Автомобильная промышленность • Преимущества: • нет необходимости в тщательной обработки области контакта; • низкие энергозатраты; • возможность сваривать сложные конструкции; • высокая прочность сварного соединения.

  27. Моделирование процесса линейной сварки трением УГАТУ Process Development System (PDS) • Изготовитель: • ACB, Nantes, France. • Параметры: • амплитуда: • ±0.2 – ±4 мм, • частота: • 15 – 75 Гц, • осадка: • 0.5 – 5 мм, • либо • прижимная сила: • до 60 кН

  28. Моделирование процесса линейной сварки трением УГАТУ Manufacturing Development System (MDS) Изготовитель: ACB, Nantes, France.

  29. Моделирование процесса линейной сварки трением УГАТУ Сваренные образцы

  30. Моделирование процесса линейной сварки трением УГАТУ Стадии процесса ЛСТ нагрузка движение + нагрузка = трение движение нагрев в области контакта пластическая фаза останов движения и проковка *www.acb-ps.com

  31. Моделирование процесса линейной сварки трением УГАТУ Пример цикла линейной сварки трением

  32. Моделирование процесса линейной сварки трением УГАТУ Замедленное движение 1/50

  33. Моделирование процесса линейной сварки трением УГАТУ Постановка задачи • Моделирование процесса ЛСТ до достижения значительных пластических деформаций. • Движение верхней грани верхнего образца по закону: • А = 2мм • f = ω/2π = 50 Гц • Приложенное давление • P =340 МПа (~35 кН) • Материал • титановый сплав ВТ6 • Коэффициент трения: • Нижняя грань нижнего бруска жестко закреплена. • Размеры каждого бруска • 26мм×13мм×5мм • Рассматривается адиабатический процесс.

  34. Моделирование процесса линейной сварки трением УГАТУ Моделирование ЛСТ • Особенности моделирования процесса ЛСТ: • большие градиенты температур и напряжений, • высокая скорость протекания процесса • Достаточно большой объем вычислительных ресурсов, необходимых для проведения моделирования • Необходимость использования многоядерных и многопроцессорных вычислительных систем

  35. Моделирование процесса линейной сварки трением УГАТУ Моделирование ЛСТв DEFORM-3D

  36. УГАТУ Моделирование изготовления полой лопатки (совместно с ОАО УМПО)

  37. Моделирование изготовления полой лопатки УГАТУ Преимущества использования полой лопатки • получение облегченных итоговых конструкций, таких как блиски авиационных двигателей; • увеличение массы полезной нагрузки; • увеличение максимальной скорости полета и маневренности ЛА.

  38. Моделирование изготовления полой лопатки УГАТУ Моделирование изготовления полой лопатки в режиме обычных деформаций (DEFORM-3D)

  39. Моделирование изготовления полой лопатки УГАТУ Моделирование изготовления полой лопатки в режиме сверхпластичности (DEFORM-3D)

  40. УГАТУ Создание пакета моделирования фильтрационных течений в пористых средах (совместно с ООО «РН-УфаНИПИнефть»)

  41. Этапы развития сотрудничества УГАТУ 2003 – начало разработки симулятора 2005 – MPI-версия для схемы IMPES 2006 – OpenMP-версия для полностью неявной (Fully Implicit) схемы 2006 –начало работы над MPI-версией для схемы Fully Implicit 2007 –сертификация программного комплекса BOS (тесты SPE) 2008 – параллельная версия 2009 – использование GPU

  42. Особенности пакета NGT BOS УГАТУ • Гидродинамический симулятор • 1-3 фазные Black-oil модели • Расчет на сетках с различной геометрией (блочно-центрированная, геометрия угловой точки) • Модели скважины (горизонтальные, эффекты перетока) • Модели трещины • Модуль препроцессинга • Модуль постпроцессинга • Клиент-серверный интерфейс для запуска расчетов на кластере • Сертифицирован на тестах SPE

  43. Параллельная версия симулятора (MPI) УГАТУ

  44. Проблемы адаптации гидродинамической модели резервуара УГАТУ

  45. Гибридный генетический алгоритм с использованием нейронной сети (ГА+НС) УГАТУ • Для аппроксимации целевой функции используется радиально-базисная нейронная сеть (РБНС)þ • Полное использование информации, появляющейся в процессе оптимизации, для обучения НС • Возможность скачкообразного улучшения решения нейросетевым контуром • Следствие: снижение ресурсоемкости задачи адаптации

  46. Образовательный процесс УГАТУ • Студенты специальностей «Прикладная математика» и • «Прикладная математика и информатика» • 4 семестр – «Основы параллельного программирования» • 6 семестр – «Архитектура ЭВМ» • 7 семестр – «Системное ПО многопроцессорных • вычислительных систем» • 8 семестр – «Методы и средства параллельного • программирования» • «Компьютерное моделирование» • 9 семестр – «Вычислительные алгоритмы линейной • алгебры»

  47. Образовательный процесс УГАТУ 2. Студенты факультета информатики и робототехники специальность 220100 – Вычислительные машины, комплексы и сети 8 семестр – «Основы суперкомпьютерных технологий» 3. Магистранты факультета «Авиационные двигатели» 9 семестр – «Основы суперкомпьютерных технологий» 10 семестр – «Основы компьютерного моделирования технических систем» В 2005 г. примерно 30 выпускников УГАТУ владели параллельным программированием. В 2006-2008 г.г. – около 60 человек. В 2010-2011 г.г. – около 120.

  48. Международная конференция «CКТЕММ-2011» г. Якутск, СВФУ, 28-30 ноября 2011 г. УГАТУ Благодарю за внимание!

More Related