Programa de financiamento: Projetos de Computação Avançada disponibilizados através dos recursos computacionais da RNCA – Rede Nacional de Computação Avançada

Projeto N.: CPCA/A2/6046/2020,

Palavras-chave: Fluxos de montanha; Energia eólica; Fluxos estratificados; Fluxos florestais; Dinâmica dos Fluidos Computacional;

Breve descrição

A Serra do Perdigão, no concelho de Vila Velha de Ródão (Portugal), é composta por duas cristas paralelas de 250 m de altura (Fig. 1), com 1,4 km de distância, abrangendo cerca de 4 km de sudeste a noroeste.

O fluxo de vento na região de Perdigão é caracterizado por um forte ciclo diário e uma interação complexa altamente instável de separação de fluxos, arrasto florestal e estratificação térmica.

O nosso objetivo é modelar este fluxo durante 24h desde as 18h do dia 14 de maio de 2017. O software utilizado para o efeito é VENTOS®/M, um código de simulação de fluxo atmosférico com as capacidades adequadas de modelação física, mas que requer recursos computacionais consideráveis e dados de entrada para reproduzir adequadamente o comportamento do fluxo.

O acesso a um cluster HPC maior proporciona a oportunidade de testar o desempenho do software com uma maior contagem de roscas e várias configurações de nó/centro. A maior complexidade de simulação orientada leva a uma procura adicional de recursos computacionais. Depois de otimizar as configurações para velocidade ou eficiência, um sistema mais potente (comparado com o UPORTO) permite tanto reduzir o tempo de resposta como libertar os nossos recursos para tarefas menos exigentes.

Em comparação com os resultados dos modelos existentes, uma maior resolução temporal e espacial e cobertura de superfície revelará fenómenos de fluxo mais complexos perto do solo. Os resultados da simulação deverão fornecer conhecimentos sobre múltiplas áreas de interesse, tais como energia eólica, micro-meteorologia, fluxos de montanha e incêndios florestais. Estes são resultados obtidos em sistemas informáticos mais pequenos do que os disponíveis na UC-LCA, que dão um vislumbre do que se espera de um desempenho superior e de sistemas informáticos maiores como o Navigator.

A figura mostra os diferentes padrões de fluxo obtidos através de duas resoluções de malha (20 versus 40 m) às 18:35 UTC. Para observação da dinâmica do fluxo durante as 24 horas em maio de 2017, clique aqui (LINK).

Ao realizar testes de escalabilidade do código VENTOS®/M em paralelo MPI no Navigator+ HPC, obteve-se a configuração mais adequada para um caso de complexidade elevada (resolução de 20 m): utilizando 256 processos utilizando 2 núcleos virtuais por processo. Para uma execução de tão elevada complexidade espacial, cobrindo 24 (mais 18 para arranque) horas de tempo simulado, as melhorias foram claras: execuções que em recursos limitados de HPC (32 processos) demoraram mais de 3 meses de tempo de tempo de parede para simular exigiriam agora, com base em estimativas dos testes de escalabilidade realizados (usando um caso de complexidade semelhante), aproximadamente 13,5 dias (325 horas), ou seja, uma redução de quase 7 vezes no tempo de parede/ relógio.