Člen katedry softwarového inženýrství Ing. Jakub Klinkovský dne 19. 10. 2023 úspěšně obhájil svou dizertační práci na téma Datové struktury a paralelní algoritmy pro numerické řešiče ve výpočetní dynamice tekutin. Získal tím titul Ph.D. a rozšířil tak naše řady o dalšího doktora. Gratulujeme!
Jeho práci vedl doc. Ing. Tomáš Oberhuber, Ph.D. z katedry matematiky a jako školitel specialista náš vedoucí katedry doc. Ing. Radek Fučík, Ph.D.. Oběma děkujeme.
Dizertační práce
Název: Datové struktury a paralelní algoritmy pro numerické řešiče ve výpočetní dynamice tekutin
Title: Data Structures and Parallel Algorithms for Numerical Solvers in Computational Fluid Dynamics
Anotace: Práce uvádí výsledky multidisciplinárního výzkumu, které kombinují znalosti z oblastí matematického modelování, vědeckých výpočtů a experimentální fyziky. První část práce obsahuje přehled technik pro programování moderních paralelních výpočetních systémů a představuje dvě efektivní a konfigurovatelné datové struktury pro reprezentaci dat pomocí vícerozměrných polí, respektive konformních nestrukturovaných sítí. Druhá část práce se věnuje numerickým metodám ve výpočetní dynamice tekutin a jejím aplikacím, konkrétně jsou popsány řešiče založené na hybridní metodě smíšených konečných prvků (MHFEM) a na mřížkové Boltzmannově metodě (LBM). Numerické výsledky simulací šíření vodní páry v turbulentní mezní vrstvě vzduchu nad nerovným povrchem byly dosažené pomocí popsaného přístupu založeného na kombinaci LBM a MHFEM, jsou validovány pomocí kvalitativního i kvantitativního srovnání s experimentálními daty naměřenými ve větrném tunelu ve třech konfiguracích s různými režimy proudění a mohou sloužit jako první krok pro vývoj efektivního a flexibilního řešiče pro pokročilé aplikace.
Synopsis: The thesis presents a multidisciplinary work that combines knowledge from the fields of mathematical modeling, computational science and experimental physics. The first part of the thesis provides a review of programming techniques for modern parallel architectures and presents two efficient and configurable data structures for the representation of multidimensional arrays and conforming unstructured meshes, respectively. The second part deals with numerical methods in computational fluid dynamics and their applications, namely solvers based on the mixed-hybrid finite element method (MHFEM) and the lattice Boltzmann method (LBM) are described. The results of modeling water vapor transport in turbulent air flow above a disturbed soil surface were obtained using the described coupled LBM-MHFEM solver, they are validated by qualitative as well as quantitative comparison to experimental data measured in a climate-controlled wind tunnel in three configurations with different flow regimes, and they can serve as the first step towards the development of an efficient and flexible multiphysics solver.
Klíčová slova: Paralelní výpočty, distribuované výpočty, nestrukturovaná síť, hybridní metoda smíšených konečných prvků, mřížková Boltzmannova metoda, validace
Keywords: Parallel computing, distributed computing, unstructured mesh, mixed-hybrid finite element method, lattice Boltzmann method, validation;