Turbolenza: fenomenologia, modellazione e calcolo ad alte prestazioni
Responsabile didattico: Cristian Marchioli
Durata: 28 ore
Periodo didattico: annuale
Programma
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE: ING-IND/06
28h - prof. Cristian Marchioli
PROGRAMMA:
MODULO I: Fenomenologia e modellazione della turbolenza (14h)
CONTENUTI PRINCIPALI:
1. Introduzione alla turbolenza (3h):
a. Fenomenologia della turbolenza;
b. Teoria idi Kolmogorov;
c. Cascata di energia e spettri.
2. Modellazione della turbolenza (9h):
a. Le equazioni della turbolenza (4h):
i. Navier-Stokes;
ii. Trasporto e bilancio dell'energia cinetica turbolenta.
b. Approcci numerici alla simulazione di flussi turbolenti (3h):
i. Simulazione numerica diretta;
ii. Simulazione Large-Eddy;
iii. Simulazione RANS-based.
c. Introduzione ai metodi spettrali/pseudo-spettrali (2h):
i. Equazioni lineari e non-lineari;
ii. Trasformate di Fourier e Chebyshev;
iii. Proprietà dei metodi spettrali/pseudo-spettrali (convergenza, accuratezza, stabilità, costo computazionale).
3. Esempi di applicazioni in ambito ingegneristico/fisico (2h).
MODULO II: Turbolenza e calcolo ad alte prestazioni (14h)
CONTENUTI PRINCIPALI:
1. Introduzione al calcolo parallelo e distribuito (6h):
a. Strategie di parallelizzazione:
i. Architetture HPC (CPU/GPU);
ii. MPI, OpenMPI e calcolo CPU-based;
iii. Acceleratori grafici e calcolo GPU-based;
iv. Scalabilità e tempo di calcolo;
b. Strategie di risoluzione numerica di PDE (con particolare riferimento ai flussi turbolenti) tramite calcolo parallel;
c. Librerie numeriche per il calcolo ad alte prestazioni.
2. Approfondimenti (6h):
a. Quantificazione dell'incertezza (Uncertaninty Quantification):
i. Problemi diretti e inversi;
ii. Metodi UQ (Polynomial chaos expansions, Processi Gaussiani, Metodi Monte Carlo);
iii. Esempi di applicazione e casi test;
b. Modellazione di ordine ridotto (Reduced Order Modelling):
i. Introduzione alla modellazione di ordine ridotto;
ii. Modellazione di sistemi non-lineari.
3. Esempi di applicazioni in ambito ingegneristico/fisico (2h).
OBIETTIVO DEL CORSO: Fornire le nozioni fondamentali della fluidodinamica computazionale e del calcolo ad alte prestazioni, fornendo gli strumenti necessari per sviluppare codici di calcolo complessi finalizzati alla simulazione distribuita di problemi fluidodinamici caratterizzati dalla presenza di flussi turbolenti.
