We present a wavelet-based adaptive method for computing 3D multiscale flows in complex, time-dependent geometries, implemented on massively parallel computers. While our focus is on simulations of flapping insects, it can be used for other flow problems, including turbulence, as well. The incompressible fluid is modeled with an artificial compressibility approach in order to avoid solving elliptical problems. No-slip and in/outflow boundary conditions are imposed using volume penalization. The governing equations are discretized on a locally uniform Cartesian grid with centered finite differences, and integrated in time with a Runge--Kutta scheme, both of 4th order. The domain is partitioned into cubic blocks with equidistant grids with different resolution and, for each block, biorthogonal interpolating wavelets are used as refinement indicators and prediction operators. Thresholding the wavelet coefficients allows to generate dynamically evolving grids, and an adaption strategy tracks the solution in both space and scale. Blocks are distributed among MPI processes and the global topology of the grid is encoded using a tree-like data structure. Analyzing the different physical and numerical parameters allows balancing their individual error contributions and thus ensures optimal convergence while minimizing computational effort. Different validation tests score accuracy and performance of our new open source code, WABBIT (Wavelet Adaptive Block-Based solver for Interactions with Turbulence), on massively parallel computers using fully adaptive grids. Flow simulations of flapping insects demonstrate its applicability to complex, bio-inspired problems.


翻译:我们展示了一种基于波浪的适应方法,用于计算复杂、时间依赖型的复杂、基于时间的多比例流,在大量平行计算机上实施。 虽然我们的重点是模拟拍击昆虫的模拟, 但它也可以用于其他流程问题, 包括动荡。 压抑性流用人工压缩法建模, 以避免解决椭圆问题。 使用量的处罚, 强制使用无滑动和内/外流边界条件。 治理方程式分解于一个地方统一的卡尔特斯电网, 并具有核心的有限差异, 并及时与Runge- Kutta 计划相结合, 两者都是第4级的。 域用等离异的电网分割成立方块, 包括不同分辨率的平流。 每个区块, 双向的间流波流波波流波流波流波流波流都用作完善的指标和预测操作者。 支撑波流系数系数可以产生动态变化的电网格, 以及空间和规模的调整战略跟踪解决方案。 块分布在MPI的流程流程中, 以及全球电网顶端的系统将使用不同的流流- Kutobilal- dal- dalal dal- dealalalal dalal dal disal dism dal 测试, 度的精确度的计算, 并用不同的计算方法, 并用不同的计算结果的精确度测试了我们不同的计算。

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