Turbolenza: fenomenologia, modellazione e calcolo ad alte prestazioni
a.a. 2020/21
Responsabile didattico: Cristian Marchioli
Durata: 28 ore
Programma: Fenomenologia e modellazione della turbolenza.
Introduzione alla turbolenza: fenomenologia della turbolenza; teoria idi Kolmogorov; cascata di energia e spettri. Modellazione della turbolenza: le equazioni della turbolenza, Navier-Stokes, trasporto e bilancio dell'energia cinetica turbolenta; approcci numerici alla simulazione di flussi turbolenti; simulazione numerica diretta; simulazione Large-Eddy; simulazione RANS-based. Introduzione ai metodi spettrali/pseudo-spettrali: equazioni lineari e non-lineari, trasformate di Fourier e Chebyshev, proprietà dei metodi spettrali/pseudo-spettrali (convergenza, accuratezza, stabilità, costo computazionale). Esempi di applicazioni in ambito ingegneristico/fisico.
Turbolenza e calcolo ad alte prestazioni. Introduzione al calcolo parallelo e distribuito: Strategie di parallelizzazione: Architetture HPC (CPU/GPU), MPI, OpenMPI e calcolo CPU-based, Acceleratori grafici e calcolo GPU-based, Scalabilità e tempo di calcolo; Strategie di risoluzione numerica di PDE (con particolare riferimento ai flussi turbolenti) tramite calcolo parallel; Librerie numeriche per il calcolo ad alte prestazioni. Approfondimenti: quantificazione dell'incertezza (Uncertaninty Quantification): Problemi diretti e inversi, Metodi UQ (Polynomial chaos expansions, Processi Gaussiani, Metodi Monte Carlo), esempi di applicazione e casi test; Modellazione di ordine ridotto (Reduced Order Modelling): Introduzione alla modellazione di ordine ridotto, Modellazione di sistemi non-lineari, Esempi di applicazioni in ambito ingegneristico/fisico.