Seminar zur Rechnerprogrammentwicklung in der numerischen Strömungsmechanik

Aus Numerik

Inhalt

Im Rahmen dieser Lehrveranstaltung wird von den Studierenden ein unstrukturiertes Finite-Volumen-Verfahren zur Lösung der kompressiblen Eulergleichungen in 2D programmiert.

Die Inhalte, die vermittelt und umgesetzt werden, sind:

• Grundprinzipien von Finite-Volumen-Verfahren
• Grundlagen der Generierung von unstrukturierten Gittern
• Grundlagen der Visualisierung
• Flussberechnung auf unstrukturierten Gittern
• Riemannlöser für die Eulergleichungen
• Rekonstruktion und Limitierung auf unstrukturierten Gittern
• Zeitdiskretisierung

Im Rahmen der Lehrveranstaltung werden mehrere Vorträge von den Studierenden über die Umsetzung und Ergebnisse der Verfahrenselemente gehalten.

Für die Dauer der Lehrveranstaltung werden den Studierenden Laptops zur Verfügung gestellt. Angesichts knapper Kapazitäten wird jedoch empfohlen, einen eigenen Laptop für die Lehrveranstalltung zu benutzen.

Dozenten

• Prof. Dr. Claus-Dieter Munz
• Dipl.-Ing. Muhammed Atak
• Dipl.-Ing. Stefan Fechter

Termine

Sprechstunde: Donnerstags von 14:00 - 15:00 Uhr bei Muhammed Atak in Raum 1.022

Erste Veranstaltung: Mo 17.10.2011, 9:45-13:00 Uhr, V21.01

Die freien Programmier-Sprechstunden finden allesamt im Seminarraum des IAGs statt.

Materialien

Dokumentationen

• 1D-Visualisierung in Visit
• Debugger Ãœbung
• Datenstrukturen im Code
• Introduction to Pointers

Aufgabenstellungen

• Ãœbung 1: Keilprofil
• Aufgabe 1: Riemannlöser
• Aufgabe 2: Raumoperator
• Aufgabe 3: Zeitdiskretisierung-Randbedingungen
• Aufgabe 4: Raumrekonstruktion
• Aufgabe 5: Limiter
• Aufgabe 6: Cauchy-Kovalevskaya-Prozedur und STE
• Ãœbung 2: OpenMP-Parallelisierung

Vorlesungsfolien

• 17.10.2011: Einführungs-Veranstaltung
• 17.10.2011: FV Ãœbersicht
• 17.10.2011: Godunov
• 17.10.2011: Riemannlöser
• 24.10.2011: Pointer Einführung
• 24.10.2011: Datenstrukturen
• 14.11.2011: Diskretisierung und Fluss
• 28.11.2011: Zeitdiskretisierung
• 28.11.2011: CFL-Stabilitätsbedingung
• 28.11.2011: Randbedingungen-Zustandsgleichung
• 12.12.2011: Raumrekonstruktion und Limiter
• 09.01.2012: Cauchy-Kovaleskaya Prozedur
• 23.01.2012: Parallelisierung 1
• 23.01.2012: Parallelisierung 2
• 23.01.2012: Navier-Stokes FV

Literatur (nur im Uni-Netz verfügbar)

• F. Toro - Riemann Solvers and Numerical Methods for Fluid Dynamics
• B. van Leer - Flux-vector splitting for the Euler equations
• M.-S. Liou and C. J. Steffen, Jr. - A New Flux Splitting Scheme (Erstes Paper über AUSM Flux Splitting)
• Y. Wada, M.-S. Liou - AN ACCURATE AND ROBUST FLUX SPLITTING SCHEME FOR SHOCK AND CONTACT DISCONTINUITIES* (AUSMD)
• C. Hirsch - Numerical computation of internal and external flows

Installation Visit

Unter Visit-Download können Sie eine aktuelle Visit-Version downloaden. Folgen sie nicht dem Installations-Script. Entpacken sie lediglich den Code:

tar -xzf *.tar.gz

und starten Sie das Programm unter 'bin/visit':

./visit

Um das Programm von überall aus ausführen zu können, empfiehlt es sich ein sogenanntes "Alias" in folgender Form:

alias visit="*PFAD_ZU_VISIT*/bin/visit" 

in der Konfigurationsdatei .bashrc (befindet sich im Home-Verzeichnis) zu definieren. Damit die Änderungen übernommen werden, muss die .bashrc erneut eingelesen werden:

. .bashrc

Zum Programmaufruf genügt es nun

visit

in der Kommandozeile einzugeben.

VPN mit IAG-Laptops

mit 'uninetzst_an' können Sie den VPN-Client starten. Sie benötigen lediglich Ihre Zugangsdaten für den RUS-Account.

Installation des Gerüstcodes

Auf einem IAG-Laptop

Um das Paket zu installieren, öffnen Sie zunächst eine Konsole und updaten dann die Paketquellen:

sudo apt-get update
[mit eigenem Passwort bestätigen]

Sofern sie dann die Paketquelle upgedated haben, können sie das Paket 'cfdfv' installieren:

sudo apt-get install cfdfv

Auf diese Art und Weise wird die Installationsversion des Codes auf Ihrem Rechner erzeugt. Sie können den Code ab nun jederzeit mit dem Befehl

instCFDFV

in das Verzeichnis, in dem Sie Sich gerade befinden installieren. Die vorherige Version des Verzeichnisses CFDFV wird automatisch in ein Verzeichnis mit dem Namensschema CFDFV_TT.MM.JJ_HH:MM gesichert.

Updaten auf eigenem Laptop

ACHTUNG: Diese Variante funktioniert NICHT auf den IAG-Laptops!

Laden Sie Sich die zu Ihrer Architektur (i386 oder amd64) passende Installationsdatei herunter:

• CFDFV für i386 (.deb)
• CFDFV für amd64 (.deb)
• CFDFV für i386 (.rpm)
• CFDFV für amd64 (.rpm)

Installieren Sie die Datei, indem Sie einen Doppelklick auf die herunter geladene Datei machen und in dem sich öffnenden Fenster auf "installieren" klicken. Alternativ dazu kann die Datei auch in der Konsole installiert werden:

cd ~/Desktop
sudo dpkg -i cfdfv_1.1.200911_i386.deb

Auf diese Art und Weise wird die Installationsversion des Codes auf Ihrem Rechner erzeugt. Sie können den Code nun jederzeit mit dem Befehl

instCFDFV

in das Verzeichnis, in dem Sie Sich gerade befinden, installieren. Die vorherige Version des Verzeichnisses CFDFV wird dabei automatisch in ein Verzeichnis mit dem Namensschema CFDFV_TT.MM.JJ_HH:MM gesichert.

Pointer Examples

Hier können Sie die Beispiele samt ausführlicher Dokumenation herunterladen:

• Introduction to Pointers
• Pointer Example Code

Entpacken Sie hierzu die Code-Beispiele mit:

tar -xjvf Pointer_Examples.tar.bz2

und kompilieren Sie die Programme mit dem Befehl:

gfortran ProgrammName.f90 -o ProgrammName

Gittergenerator GMSH

Die Installation erfolgt über:

sudo apt-get install gmsh

und das Ausführen des Programms durch Eingabe des Befehls:

gmsh

im Terminal.

Wir haben ein kurzes Tutorial vorbereitet, das Sie mit der zugegebenermaßen gewöhnungsbedürftigen Bedienung des Programms vertraut machen wird:

• GMSH - Einführung
• GMSH - Gitter-Verfeinerung