توسعه یک چارچوب نرم‌افزاری متن‌باز برای روش‌های تفاضل محدود با قابلیت پردازش موازی

Abstract

در این مقاله یک چارچوب نرم‌افزاری متن‌باز با نام «چشمه» برای حل عددی معادلات سیال با روش تفاضل محدود روی شبکه‌های باسازمان معرفی می‌گردد. طراحی ساختار داده در نرم‌افزار به گونه‌ای است که چارچوب نرم‌افزاری از شبکه‌های باسازمان با ابعاد فضایی دلخواه پشتیبانی می‌نماید. نرم‌افزار قابلیت تقسیم شبکه عددی به چندین شبکه کوچک‌تر جهت پردازش موازی را دارد. بعلاوه با استفاده از توابعی، پیچیدگی‌های برنامه‌نویسی پردازش موازی برای کاربر بسیار تسهیل شده‌است. نرم‌افزار با استفاده از قابلیت‌های جدید زبان سی‌پلاس‌پلاس، از جمله قابلیت فرابرنامه‌نویسی با الگوها، توسعه یافته است طوری که امکان محاسبه کارآمد عبارات حسابی و تفاضل محدود را به نحو ساده‌ای برای متغیرهای میدان فراهم می‌آورد. علاوه بر روش‌های تفاضل محدود خطی که به سادگی پیاده‌سازی می‌شوند، روش‌های غیرخطی نظیر روش‌های تسخیر شوک ضرورتاً غیرنوسانی وزن‌دار پیاده‌سازی شده‌اند. همچنین امکان استفاده از روش‌های تفاضل محدود فشرده که منجر به دستگاه معادلات سه‌قطری می‌شوند، در نرم‌افزار وجود دارد. تعریف و اعمال شرایط مرزی مختلف در نرم‌افزار پیش‌بینی گردیده‌است. تمهیداتی نیز برای وروی و خروجی از فایل در نظرگرفته شده‌است. با استفاده از چندین آزمون از جریان‌های تراکم‌ناپذیر و تراکم‌پذیر و نیز از جریان‌های لزج و غیرلزج قابلیت نرم‌افزار نشان داده می‌شود.