乱流の超大規模数値実験データベース公開方法の開発

开发一种发布超大规模湍流数值实验数据库的方法

• 批准号: 13750059
• 负责人: 石原 卓
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750059/
• 关键词: 一様等方性乱流; 大規模データ; 高レイノルズ数; 直接数値計算(DNS); フーリエ・スペクトル法; 非圧縮性流体; 大規模数値計算; 乱流; データ公開; 可視化; 動画

乱流の直接数値シミュレーション(DNS)は、実験における測定誤差やデータの不確定性等の問題とは無縁の正確で詳細な乱流データを提供する。ただし、DNSにより微細な渦構造にいたる小スケールまで正しくシミュレートし、高レイノルズ数の乱流を実現することは、高速で大容量の計算機を必要とするため非常に困難であった。しかし、近年のスーパーコンピュータの目覚しい発達により数年前とはけた違いに巨大な自由度を高速に扱うことが可能となってきている。私は、日本学術振興会未来開拓学術研究推進事業「計算科学」プロジェクトの一つである「地球規模流動現象解明のための計算科学-数理・物理モデルと計算アルゴリズムの開発(研究代表者:金田行雄教授)」において、開発する乱流モデルの検証を行うため、大規模な乱流のDNS(格子点数1024の3乗)を実行し、乱流の大規模な基礎データの構築を行った。得られた乱流の大規模な基礎データを乱流研究者の間で有効に共有する方法を開発することを目的として、平成13年度には(1)必要とされるデータの調査、(2)データの試験的な共有、(3)データの可視化、(4)時系列の動画作成のための技術開発を行った。平成14年度は、上記(1)-(4)の知見と技術を用いてデータを整備し、Web (http://www.fluid.cse.nagoya-u.ac.jp/~ishihara/cgi-bin/dns.html)にて試験的なデータ公開を行った。また、名古屋大学と東北大学間のデータ転送の実験結果は、67MBの転送に75秒かかるというものであった。これにより1024の3乗の乱流速度場を完全に再現しうる必要最小限のデータ(8GB)を転送するのに約2時間半かかることが分かった。平成14年度はまた、地球シミュレータ(ES)のグループと協力し、ESを用いた世界最速の乱流DNS(格子点数2048の3乗、16.4TFlops)および、世界最大規模(格子点数4096の3乗)の乱流DNSを実現した。このけた違いに大規模な乱流のDNSデータの共有は、スーパーSINET上のGrid技術を用いることにより実現しうるという感触を得ることができた。

Turbulence direct data processing (DNS) is a method for determining the uncertainty of turbulence data and providing accurate turbulence data. It is very difficult to realize the turbulence of high speed and large capacity computer. In recent years, there has been a great deal of freedom and speed in the development of science and technology. "Computational Science-Mathematics and Physics-Development of Computational Science for Explaining Earth-scale Flow Phenomena"(Research Representative: Professor Yukio Kaneda),"Development of Turbulence Model, Implementation of Large-scale Turbulence DNS(3 × 1024 lattice points), and Construction of Large-scale Turbulence Foundation. In 2013, we conducted research on (1) necessary data sharing,(2) experimental data sharing,(3) visualization of data, and (4) technical development of time-series animation. Heisei 14 years, on the record (1)-(4) knowledge and technology for use in the middle of the preparation, Web (http://www.fluid.cse.nagoya-u.ac.jp/<$ishihara/cgi-bin/dns. html) test of the open line. Nagoya University and Tohoku University sent a message in 75 seconds. The minimum required for complete reproduction of the turbulent velocity field of 1024 and 3 GB is about 2 ½ minutes. In 2014, the world's fastest DNS turbulence (grid points of 2048 and 3,16.4 TFlops) and the world's largest DNS turbulence (grid points of 4096 and 3,000 TFlops) were realized. The Grid technology on SINET can be used to detect large-scale DNS turbulence.

项目成果

Yosuke Yamazaki, Takashi Ishihara, Yukio Kaneda: "Effects of wavenumber truncation on high-resolution direct numerical simulation of turbulence"J. Phys. Soc. Jpn.. (to appear). (2002)

Yosuke Yamazaki，Takashi Ishihara，Yukio Kaneda：“波数截断对湍流高分辨率直接数值模拟的影响”J。

T.Ishihara, K.Yoshida, Y.Kaneda: "Anisotropic Velocity Correlation Spectrum at Small Scales in a Homogeneous Turbulent Shear Flow"Phys. Rev. Lett.. 88(15). 154501-1-154501-4 (2002)

T.Ishihara、K.Yoshida、Y.Kaneda：“均匀湍流剪切流中小尺度的各向异性速度相关谱”Phys。

Takashi Ishihara, Kyo Yoshida, Yukio Kaneda: "Anisotropic velocity correlation spectrum al small scales in a homogeneous turbulent shear flow"Physical Review Letter. (to appear). (2002)

Takashi Ishihara、Kyo Yoshida、Yukio Kaneda：“均匀湍流剪切流中小尺度的各向异性速度相关谱”物理评论快报。

Takashi Ishihara, Yukio Kaneda: "Energy spectrum in the enstrophy transfer range of two-dimensional forced turbulence"Physics of Fluid. 13-2. 544-547 (2001)

石原隆、金田幸男：《二维强迫湍流熵传递范围内的能谱》流体物理学。

M.Yokokawa, K.Itakura, A.Uno, T.Ishihara, Y.Kaneda: "16.4TFlops direct numerical simulation of turbulence by a Fourier spectral method on the Earth Simulator"Proc. of the IEEE/ACM SC2002 Conference, Baltimore, 2002. (2002)

M.Yokokawa、K.Itakura、A.Uno、T.Ishihara、Y.Kaneda：“在地球模拟器上通过傅里叶谱方法对湍流进行 16.4TFlops 直接数值模拟”Proc。