Implementación de un código para el cálculo "on the fly" de los turbulent budgets de un flujo turbulento en el programa de DNS LISO

Abstract

[ES] En este presente documento se pretende indagar en los conocimientos relacionados a la mecánica de fluidos y a la turbulencia, los cuales siguen siendo un fenómeno que aún estamos lejos de comprender del todo pero a la vez su complejidad matemática y física sorprenden a muchos investigadores y estudiosos del campo. En primer lugar, se ha estudiado el comportamiento del campo fluido de un canal turbulento mediaente el método de simulación numérica directa. Este método es bien conocido por ser el método más costoso computacionalmente más que el método de RANS y LES, pero el más exacto ya que resuelve las ecuaciones de Navier-Stokes directamente. Por tanto, esto implica disponer de unos equipos de cálculo de altas prestaciones como supercomputadores. Pero el uso de estos equipos no resulta ser fácil ya que para realizar cálculos en estos equipos se requiere de técnicas de computación paralelas como los estándares establecidos por MPI y OpenMP. Todas estas técnicas tienen una repercusión directa en el algoritmo ya que la gestión de la memoria en cada instante del cálculo resulta ser crucial en la resolución de estos problemas. Asimismo, es necesario un lenguaje de programación eficiente como Fortran para que sea compatible con dichas técnicas de paralelización. En segundo lugar, el cálculo de la presiones y de los turbulent budgets nos hace comprender mejor el comportamiento de estos flujos en un canal turbulento. Por un lado, se ha implementado los dos anteriores en un código que tiene más de 30 años y que ha pasado por muchos investigadores expertos en el campo de la turbulencia para ser optimizado y aplicar las técnicas de paralelización al algoritmo para satisfacer y llegar a un compromiso en cuanto al tiempo de cálculo, debido a que cada vez se generan más datos y se siente la necesidad de un código eficiente para su correcto cálculo. Por otro lado, los componentes de los turbulent budgets son necesarios para modelar el componente del tensor de esfuerzos de Reynolds y mejorar la precisión de los cálculos y comprender mejor su comportamiento. Por último, se explica la necesidad de aplicar métodos on the y para calcular las variables debido a un desigual crecimiento entre las memorias y la velocidad del CPU. Por tanto, aunque la velocidad de cálculo aumenta debido al CPU, la capacidad de almacenamiento tiene un crecimiento menor respecto al anterior, por tanto, es necesario una gestión de la memoria eficiente.