High-fidelity flow simulations are indispensable when analyzing systems exhibiting multiphase flow phenomena. The accuracy of multiphase flow simulations is strongly contingent upon the finest mesh resolution used to represent the fluid-fluid interfaces. However, the increased resolution comes at a higher computational cost. In this work, we propose algorithmic advances that aim to reduce the computational cost without compromising on the physics by selectively detecting key regions of interest (droplets/filaments) that require significantly higher resolution. The framework uses an adaptive octree-based meshing framework that is integrated with PETSc's linear algebra solvers. We demonstrate scaling of the framework up to 114,688 processes on TACC's Frontera. Finally, we deploy the framework to simulate one of the most resolved simulations of primary jet atomization. This simulation -- equivalent to 35 trillion grid points on a uniform grid -- is 64 times larger than the current state-of-the-art simulations and provides unprecedented insights into an important flow physics problem with a diverse array of engineering applications.


翻译:高保真度流场模拟在分析具有多相流现象的系统时不可或缺。多相流模拟的精度强烈依赖于用于表示流体-流体界面的最精细网格分辨率。然而,提高分辨率会带来更高的计算成本。在本工作中,我们提出算法上的改进,旨在通过选择性检测需要显著更高分辨率的关键区域(液滴/纤维丝),在不牺牲物理精度的前提下降低计算成本。该框架采用基于自适应八叉树的网格划分框架,并与PETSc的线性代数求解器集成。我们在TACC的Frontera系统上验证了该框架可扩展至114,688个进程。最后,我们应用该框架模拟了当前最高分辨率的初级射流雾化过程。该模拟——相当于均匀网格上的35万亿个网格点——比当前最先进模拟大64倍,为具有广泛工程应用的重要流动物理问题提供了前所未有的见解。

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