虽然我们的工作重点是使用加速器

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但可以轻松地针对其他加速器例如集群调整代码。该框架展示了一种大大降低与运行大规模科学模拟相关的成本和周转时间的方法并在气候和天气研究等领域实现更高的迭代速度。由于该框架是使用一种语言实现的因此它还可以与方法轻松集成并允许探索问题的方法。由于和硬件的普遍可访问性这种方法降低了研究人员为我们理解大规模湍流系统做出贡献的障碍。框架验证和均匀各向同性湍流除了展示性能和扩展能力之外验证该框架的正确性也很重要以确保当它用于问题时我们得到合理的结果。为此研究人员通常在求解器开发过程中使用理想化的基准问题我们在工作中采用了其中的许多问题更多详细信息请参阅论文。湍流分析的一个基准是均质各向同性湍流它是一种经过充分研究的规范流动其中动能等统计特性在坐标轴的平移和旋转下保持不变。

通过将分辨率提升到当前技术水平的极限我们能够执行超过亿度自由度的直接数值模拟相当于沿三个方向各有个网格点的三维网格。我们使用个核心将沿和轴的  沙特阿拉伯手机号码列表 网格点的计算分别分布到个核心上针对上的性能进行了优化。每个时间步长的挂钟时间约为毫秒总共模拟了个时间步长的流程。数据包括速度和密度字段存储个时间步长每个步长。据我们所知这是迄今为止进行的同类最大的湍流模拟之一。由于湍流流场具有复杂混沌的性质其分辨率范围遍及多个数量级因此有必要以高分辨率模拟系统。因为我们采用了具有亿个点的高分辨率网格所以我们能够准确地解析场。速度沿中平面的分量的轮廓。模拟的高分辨率对于准确表示湍流场至关重要。湍流动能和耗散率是常用于分析湍流的两个统计量。这些特性在没有额外能量注入的湍流场中的时间衰减是由于粘性耗散造成的并且衰减渐近线遵循预期的解析幂律。





这与文献中报告的理论渐近线和观察结果一致从而验证了我们的框架。实线湍流动能的时间演化。虚线衰减均匀各向同性湍流的解析幂律Ⲧ涡流周转时间。实线耗散率ε随时间的演变。虚线衰减均匀各向同性湍流的解析幂律。湍流的能谱表示波数上的能量含量其中波数与波长λ成反比即∝λ。一般来说光谱可以定性地分为三个范围源范围惯性范围和粘性耗散范围波数轴上从左到右如下。源范围内的最低波数对应于最大的湍流涡流其能量含量最高。这些大涡流将能量传递给中间波数惯性范围内的湍流该湍流在统计上是各向同性的即在所有方向上基本均匀。最小的涡流对应于最大的波数通过流体的粘度耗散成热能。凭借在三个空间方向上每个方向都有个点的精细网格我们能够将流场解析到发生粘性耗散的长度尺度。这种直接数值模拟方法是最准确的因为它不需要任何闭合模型来近似网格尺寸以下的能量级联。