WP-S4: Modelloptimierung und Nachhaltigkeit

Projektziele:

Wesentliches Ziel dieses Teilprojektes ist es zu gewährleisten, dass PALM-4U auch auf zukünftigen HPC-Rechnerarchitekturen effizient genutzt werden kann. Dazu zählen Maßnahmen zur Code-Optimierung sowie zur Verbesserung der Bedienbarkeit für wissenschaftliche Anwender. Außerdem sind Erweiterungen des Modellcodes erforderlich, um die Skalierbarkeit des Codes auf Rechnersystemen mit mehr als 100.000 Rechenkernen zu gewährleisten. Weiterhin sollen in der ersten Projektphase identifizierte zentrale Modelldefizite beseitigt werden.

Aufgabenstellung:

Das Teilprojekt beinhaltet vier Arbeitspakete.

WP-S4.1: Implementierung einer „immersed boundary condition“. Mit Hilfe einer solchen Randbedingung können schräg im Modellgitter liegende Gebäudeoberflächen besser repräsentiert werden. Dies ist insbesondere erforderlich, um die Energiebilanz der Oberflächen korrekt erfassen zu können.

WP-S4.2: Implementierung eines kompressiblen Gleichungssystems. Damit wird die Lösung der Poisson-Gleichung obsolet, die im inkompressiblen Fall erforderlich ist. Diese Lösung ist auf Rechnern mit mehr als 100.000 Kernen nicht mehr effizient möglich und verhindert deshalb die Skalierbarkeit und damit die Einsetzbarkeit des Codes auf entsprechenden Rechnersystemen.

WP-S4.3: Modelloptimierung und professionelle Werkzeuge für Modellentwicklung und –anwendung. Zur Modelloptimierung zählt insbesondere die Vektorisierung des Gesamtcodes für die neuen NEC-Aurora-Systeme, sowie die generelle Optimierung neuer Modellteile. Weiterhin sollen existierende prä- und post-processing Skripte sowie die zur Modellausführung existierende Skripte auf eine einheitliche Codebasis (Python) gebracht werden. Konfigurations- und Steuerdateien sollen ebenfalls ein einheitliches Format (yml) benutzen.

WP-S4.4: Analysewerkzeug für Kaltluftabflüsse. Mit der Einführung einer IBC (WP-S4.1) können mit PALM-4U Kaltluftabflüsse präziser als mit stufenförmiger kartesischer Topographie simuliert werden. Zur Analyse und Quantifizierung der durch Kaltluftabflüsse zugeführten Frischluft im urbanen Bereich sollen Werkzeuge entwickelt werden, mit denen z.B. Kaltluftvolumenströme bestimmt werden können.

Projektstruktur:

PI: Dr. Matthias Sühring, gleichzeitig Projektmitarbeiter

PI: Prof. Dr. Siegfried Raasch

Außerdem sind zwei Kleinunternehmen (Klaus Ketelsen, IT-Spezialist; Meteosolutions) mit der Codeoptimierung sowie der Verbesserung von Werkzeugen zur Modellnutzung betraut.

Zu liefernde Ergebnisse:

„immersed boundary condition“, kompressibler Gleichungslöser, vereinheitlichte Bedienskripte und Konfigurationsdateien, Analysewerkzeug für Kaltluftablüsse.

Bisheriger Fortschritt

Die Berechnung von Kaltluftabflussgrößen wurde im Modell implementiert, getestet und steht zur Verfügung.

Die Implementierung ungleich großer Teilgebiete durch den IT-Spezialisten Klaus Ketelsen wurde abgeschlossen (im Unterauftrag). Im Zusammenhang mit der noch laufenden Erweiterung des FFT-Drucklösers auf nicht-zyklische seitliche Randbedingungen fallen damit eine Reihe von Einschränkungen bei der Wahl des Modellsetups weg (Gebietsgröße, Anzahl der Gitterpunkte entlang x/y/z)

An der finale Implementierung der „immersed boundary condition“ (cut-cell-Topographie) wird in enger Zusammenarbeit mit WP-P2 gearbeitet.

Referenzliteratur:

keine

Kontaktdaten:

suehring[at]meteo.uni-hannover.de

raasch[at]meteo.uni-hannover.de