On efficiency analysis of the OpenFOAM-based parallel solver for simulation of heat transfer in and around the electrical power cables

Abstract

In this work, we study the efficiency of developed OpenFOAM-ba sed parallel solver for the simulation of heat transfer in and around the electrical power cables. First benchmark problem considers three cables directly buried in the soil. We study and compare the efficiency of conjugate gradient solver with diagonal incomplete Cholesky (DIC) pr econditioner, generalized geometric- algebraic multigrid GAMG solver from OpenFOAM and conjugat e gradient solver with GAMG multigrid solver used as preconditioner. The convergence a nd parallel scalability of the solvers are presented and analyzed on quadrilateral and acute triangle meshes. Second benchmark problem considers a more complicated case, when cables are placed in to plastic pipes, which are buried in the soil. Then a coupled multi-physics problem is solved, wh ich describes the heat transfer in cables, air and soil. Non-standard parallelization approach is pre sented for multi-physics solver. We show the robustness of selected parallel preconditioners. Para llel numerical tests are performed on the cluster of multicore computers.

Šiame darbe sprendžiamas šilumos pasiskirstymo elektros kabeliuose uždavinys. Lygiagretusis sprendiklis yra sukurtas panaudojant OpenFOAM įrankį. Ištirtas šio sprendiklio algoritmų efektyvumas. Pirmajame uždavinyje modeliuojami trys elektros kabeliai, kurie tiesiogiai pakloti žemėje. Palyginti trys tiesinių lygčių sistemų sprendikliai – jungtinių gradientų metodas su dviem matricos sąlygotumo modifikatoriais, įstrižaininis nepilno Chalesky skaidymo algoritmas ir algebrinis daugiatinklis sprendiklis. Taip pat naudotas daugiatinklis metodas kaip savarankiškas sprendiklis. Lygiagrečiųjų sprendiklių konvergavimo ir išplečiamumo savybės ištirtos aproksimuojant diferencialinį uždavinį keturkampiuose ir Acute įrankiu generuotuose trikampiuose tinkluose. Antrasis uždavinys yra sudėtingesnis, elektros kabeliai yra patalpinti į plastikines movas, kurios paklotos žemėje. Nagrinėjamas šilumos sklidimas elektros kabelyje, ore ir žemėje. Šiam multi-fizikos uždaviniui pateikiamas nestandartinis lygiagretusis sprendiklis. Ištirtas pasirinktų modifikatorių efektyvumas ir išplečiamumas. Skaitiniai eksperimentai atlikti klasteryje, sudarytame iš daugiabranduolinių skaičiavimo mazgų.