CAREER: A Novel and Fast Open-Source Code for Global Simulation of Stratified Convection and Magnetohydrodynamics of the Sun

职业生涯:用于太阳分层对流和磁流体动力学全局模拟的新颖且快速的开源代码

基本信息

  • 批准号:
    1952554
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 49.72万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-09-01 至 2023-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Non-technical: The goal of this project is to create a unique capability for predicting density-stratified magnetohydrodynamics of the Sun. This research is expected to lay a foundation for developing methods for predicting extreme space weather, e.g. the event of a "super solar flare" followed by an extreme geomagnetic storm. Scientific results of this research can help resolve several contradictory predictions from previous studies of the solar convection zone. The Principal Investigator (PI) will develop and disseminate a powerful open-source software package to the space weather and solar physics communities. The success of predicting severe space weather events has significant societal and economic impacts. PI will design high-order accurate computational algorithms suitable for exascale simulations that can perform a billion billion calculations per second. This software will run on massively parallel distributed-memory computers to predict coupled global and local dynamics of the sun. PI will reach out to K-12 students and demonstrate that science of the sun and high-performance computing are exciting and important to society. Furthermore, PI will leverage outreach efforts with the High Altitude Observatory of the National Center for Atmospheric Research and other research centers. This project, thus, serves the national interest as stated by NSF's mission: to promote the progress of science and to advance the national welfare.Technical: The goal of this research program is to develop a novel, fully compressible model and an open-source community code for global simulations of the solar convection zone that includes the top near surface shear layer of the Sun. Current leading global simulations use an elastic approximation whose computational domains extend from the base of the solar convection zone and must stop at about 0.96 solar radius, stopping short of the top near surface shear layer where Mach number could reach unity. This research program will create a powerful open-source community code CHORUS++ to simulate magnetohydrodynamics of the solar convection zone. CHORUS stands for Compressible High-ORder Unstructured-grid Spectral difference code which has been co-developed by the PI for hydrodynamics of the solar convection zone. CHORUS++ will be equipped with variable mesh resolution capability to focus on targeted regions of interests. A fast local time-stepping algorithm will be designed and equipped for CHORUS++ for long-period time integration on massively parallel computers. These technical accomplishments can accelerate the original CHORUS code by a factor over 100. The PI will conduct a series of global simulations of magnetohydrodynamics of the solar convection zone with unprecedented resolutions for predicting the differential rotation, meridional circulation, giant cells, and super-granulation of the sun.
非技术性:这个项目的目标是创造一种独特的能力来预测太阳的密度分层磁流体动力学。这项研究可望为发展极端空间天气预报方法奠定基础,例如“超级太阳耀斑”事件和随后的极端地磁风暴事件。这项研究的科学结果可以帮助解决之前对太阳对流区研究中的几个相互矛盾的预测。首席调查员(PI)将开发并向空间气象和太阳物理界分发一个强大的开放源码软件包。预测严重空间天气事件的成功具有重大的社会和经济影响。PI将设计适合亿级模拟的高阶精确计算算法,每秒可执行10亿次计算。该软件将在大规模并行的分布式存储计算机上运行,以预测太阳的全球和局部动力学耦合。PI将接触到K-12的学生,并向他们展示太阳科学和高性能计算对社会是令人兴奋和重要的。此外,PI将利用与国家大气研究中心高海拔天文台和其他研究中心的外联工作。因此,该项目符合国家科学基金会的使命:促进科学进步和促进国家福利。技术:该研究计划的目标是开发一个新的、完全可压缩的模型和一个开放源代码的社区代码,用于全球模拟包括太阳顶部近地表剪切层的太阳对流区。目前主要的全球模拟使用的是弹性近似,其计算区域从太阳对流带底部延伸,必须在大约0.96太阳半径处停止,停止在马赫数可以达到1的近地表切变层顶部。这项研究计划将创建一个强大的开源社区代码CHOUS++来模拟太阳对流区的磁流体动力学。CHOUS代表可压缩高阶非结构网格频谱差分程序,它是由PI共同开发的用于太阳对流带流体力学的程序。合唱++将配备可变网格分辨率能力,以专注于感兴趣的目标区域。为在大规模并行计算机上进行长周期时间积分,设计并配备了一种快速的局部时间步长算法。这些技术成就可以将原始合唱代码的速度提高100倍以上。PI将以前所未有的分辨率对太阳对流带的磁流体动力学进行一系列全球模拟,以预测太阳的差异旋转、经向环流、巨型单体和超颗粒。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A Divergence-Free High-Order Spectral Difference Method with Constrained Transport for Ideal Compressible Magnetohydrodynamics
理想可压缩磁流体动力学约束传输的无发散高阶谱差分法
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Chunlei Liang其他文献

High-order accurate simulations of unsteady flow past plunging and pitching airfoils
  • DOI:
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  • 通讯作者:
    Z.J. Wang

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  • 财政年份:
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  • 资助金额:
    $ 49.72万
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  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 49.72万
  • 项目类别:
    Standard Grant

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    10610406
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  • 资助金额:
    $ 49.72万
  • 项目类别:
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知道了