Numerisk analyse av prosessutstyr v.h.a. parallelle beregninger

Abstract

Denne masteroppgaven har hatt to hoveddeler. Teste ut David-Server som er et lite tungregneanlegg plassert ved Institutt for energi- og prosessteknikk, designe en modell for bunnkoker butansplitter Kårstø prosessanlegg. David-Server er en ressurs på instituttet som ikke har blitt utprøvd i noen særlig grad, ytelsen til dette anlegget har ikke blitt testet ut. I denne masteroppgaven har det blitt utviklet flere modeller for en spesifikk industriproblemstilling. Det er gjort undersøkelser hvordan et slikt anlegg kan brukes i en gitt industriproblemstilling. Av oppgaveteksten står ønskene til modelleringen; løsning av de strømnings- og temperaturfelt som oppstår i en butan bunnkoker. Siden en slik analyse innebærer kompliserte geometrier, flerfase, faseovergang i koking og kondensasjon av vanndamp er dette ikke en triviell utfordring. Store deler av oppgaven har derfor vært konsentrert om de maskin- og programvarevalg som må tas før og under en slik analyse, og om David-Server i den nåværende konfigurasjon dekker disse behov. Oppgaven kommer også til en viss grad til å bli brukt som en kvalifikasjon for bruk av Fluent til å løse driftsrelaterte problemstillinger på Kårstø. Konklusjonen vedrørende David-Server er som følger. Anlegget lider under mangel på tilgjengelig minne. Installert minne er en åttende part av kapasiteten til anlegget. Fluent simuleringer krever mye minne, anslagsvis 1GB minne per tusen celler ved enkel presisjons nøyaktighet. Dette fører til at hver partisjon av modellen som blir beregnet ikke har mer en halv GB med tilgjenglige minneresurser hvis alle prosessorene i anlegget skal brukes. Dette fører til at anleggets prestasjoner er omvendt av det en kunne vente seg. Spesielt når det brukes mer en fire prosessorer øker tiden det tar for å beregne løsning på en modell. Dette er motsatt av det som er filosofien til anlegget, da beregningstiden burde ha blitt tilnærmet halvert ved en dobling av antall prosessorer. Anbefalingen vedrørende anlegget er derfor å oppgradere anlegget med minne og skaffe til veie de 10 Fluent lisensene som mangler for å kunne utnytte hele anlegget. Eventuelle midler til minne oppgradering bør anvendes suksessivt på anlegget. En enhet bør oppgraderes maksimalt før en begynner på neste enhet. En oppgradering på en enhet fra 2 til 16 GB med minne vil gi muligheten til å kjøre store modeller ved en liten kapital investering og en kan ta en vurdering om videre oppgradering av resten av anlegget på minne- og lisenssiden er ønskelig. De Fluent beregningene som har blitt utført på anlegget vedrørende bunnkoker butansplitter Kårstø er på langt nær gode nok for å danne seg et godt bilde av de fysiske prosessene som oppstår i en slik koker. Dette er grunnet den høye kompleksiteten til det valgte problemet og de koblede effektene som oppstår mellom de ulike fysiske modellene. For å løse dette konkrete problemet hadde det vært nødvendig med mer tilgjengelig datakraft og mer tid avsatt til ren modellering av fysikken i stedet for feilsøking på David-server.