Compute-Cluster
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Compute Cluster MaPaCC3 wurde im Rahmen der Einrichtung der Heisenberg-Professur für Theoretische Strömungsmechanik an der TU Ilmenau beschafft und diente vorrangig für parallele Simulationen von turbulenten Strömungen. Die bearbeiteten Fragestellungen, die vorrangig im Rahmen von so genannten direkten numerischen Simulationen bearbeitet wurden, umfassten Fluidturbulenz, skalares Mischen in turbulenten Strömungen, turbulente Konvektion, Konvektion mit Phasenumwandlungen und magnetohydrodynamische Turbulenz. Die wichtigsten Forschungsprojekte, die auf dem Compute Cluster ausgeführt wurden und werden, sind: (i) Niedrigdimensionale Modellierung von Raumluftströmungen in komplexen Geometrien, das eigentliche Forschungsthema der DFG-Heisenberg-Professur, (ii) ein DFG-Einzelprojekt zum turbulenten Wärmetransport in Feuchtkonvektion, in dem die Entstehung von Wolkenformationen in vereinfachten Modellen untersucht wurde, (iii) ein Projekt im Rahmen der überregionalen DFG-Forschergruppe FOR1182 zu wandnahen Strukturen und Transport in turbulenter Rayleigh-Bénard Konvektion in einer zylindrischen Konvektionszelle, (iv) ein DFG-Einzelprojekt zur Feinstruktur des turbulenten Mischens am Wolkenrand im Rahmen des Schwerpunktprogramms 1276 „Metström“, (v) ein DFG-Einzelprojekt zur durch Oberflächenspannungseffekte getriebenen Marangoni-Konvektion im Rahmen des Schwerpunktprogramms 1506 „Fluide Grenzflächen“ sowie (vi) ein DFG- Einzelprojekt zum Turbulenzübergang in einem Flüssigmetall-Ringkanal mit wandparallelen axialem Magnetfeld. In all diesen Projekten standen umfangreiche Strömungssimulationen im Zentrum, gefolgt von einer Analyse und der Visualisierung der Simulationsergebnisse. Rechnungen am Cluster dienten auch der Vor- und Nachbereitung von größeren Supercomputingprojekten im Rahmen des NIC, GCS sowie der Europäischen PRACE Initiative. Eine zentrale Rolle für die Ausbildung und Forschungsarbeit der Doktoranden spielte das Cluster auch im Rahmen des 2010 gestarteten und bis 2018 laufenden DFG- Graduiertenkollegs 1567 „Lorentzkraft“ zur berührungslosen Strömungsmessung und Materialprüfung mit Hilfe von Lorentzkräften. Das Compute Cluster wird in vier der zwölf Doktorandenprojekte genutzt. Dazu zählen die Simulation von Flüssigmetallströmungen in rechteckigen Kanälen, die Berechnung von komplexen Magnetfeldkonfigurationen sowie die Rekonstruktion des Magnetfeldes aus gemessenen Lorentzkräften. Das Compute Cluster wurde auch für die Ausbildung eingesetzt. Masterstudenten erlernten paralleles Programmieren mit MPI und OpenMP und untersuchten im Rahmen ihrer Projekt- bzw. Masterarbeiten Strömungsprobleme.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Low-dimensional model of turbulent Rayleigh-Bénard convection in a Cartesian cell with square domain. Phys. Fluids 23, 077101 (2011)
Bailon-Cuba, J. und Schumacher, J.
- Rayleigh-Bénard convection with phase changes in a Galerkin model, Phys. Rev. E 84, 046303 (2011)
Weidauer, T., Pauluis, O. und Schumacher, J
- Self-aggregation of clouds in conditionally unstable moist convection, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 12623 (2011)
Pauluis, O. und Schumacher, J.
- Boundary layer structure in turbulent Rayleigh-Bénard convection. J. Fluid Mech. 706, 5 (2012)
Shi, N., Emran, M. S. und Schumacher, J.
- Conditional statistics of thermal dissipation rate in turbulent Rayleigh-Bénard convection, Eur. J. Phys. E 35, 108 (2012)
Emran, M. S. und Schumacher, J.
- Extreme responses of a coupled scalar-particle system during turbulent mixing, New J. Phys. 14, 115020 (2012)
Kumar, B., Janetzko, F., Schumacher, J. und Shaw, R. A.
- Low-dimensional model of turbulent mixed convection in a complex domain. Phys. Fluids 24, 107101 (2012)
Bailon-Cuba, J., Shishkina, O., Wagner, C. und Schumacher, J.
- Moist turbulent Rayleigh-Bénard convection with Neumann and Dirichlet boundary conditions, Phys. Fluids 24, 076604 (2012)
Weidauer, T. und Schumacher, J.
- Numerical study of magnetohydrodynamic duct flow at high Reynolds and Hartmann numbers. J. Fluid Mech. 704, 421 (2012)
Krasnov, D., Zikanov, O. und Boeck, T.
- Cloud microphysical effects of turbulent mixing and entrainment, Theor. Comput. Fluid Dyn. 27, 361 (2013)
Kumar, B., Schumacher, J. und Shaw, R. A.
- Laminar and transitional liquid metal duct flow near a magnetic point dipole, J. Fluid Mech. 735, 553 (2013)
Tympel, S., Boeck, T. und Schumacher, J.
- Multiscale structures in solutal Marangoni convection: Threedimensional simulations and supporting experiments. Phys. Fluids 25, 092109 (2013)
Köllner, T., Schwarzenberger, K., Eckert, K. und Boeck, T.
- Patterned turbulence in liquid metal flow: Computational reconstruction of the Hartmann experiment. Phys. Rev. Lett. 110, 084501 (2013)
Krasnov, D., Thess, A., Boeck, T., Zhao, Y. und Zikanov, O.
- Toward a mode reduction strategy in shallow moist convection. New J. Phys. 15, 125025 (2013)
Weidauer, T. und Schumacher, J.
