ComPASS : a tool for distributed parallel finite volume discretizations on general unstructured polyhedral meshes

¹ LJK UMR 5224 Université de Grenoble,  
eric.dalissier@imag.fr
² LJAD UMR 7351 Université de Nice Sophia Antipolis & team COFFEE INRIA Sophia Antipolis Mediterranée,  
cindy.guichard@unice.fr
³ IFP Energies nouvelles, Rueil-Malmaison,  
pascal.have@ifpen.fr
⁴ LJAD UMR 7351 Université de Nice Sophia Antipolis & team COFFEE INRIA Sophia Antipolis Mediterranée,  
roland.masson@unice.fr
⁵ ICJ UMR 5208 Université de Lyon 1,  
yang@math.univ-lyon1.fr, this author is partially supported by European Research Council ERC starting Grant 2009, project 239983-NuSiKiMo.

Abstract

The objective of the ComPASS project is to develop a parallel multiphase Darcy flow simulator adapted to general unstructured polyhedral meshes (in a general sense with possibly non planar faces) and to the parallelization of advanced finite volume discretizations with various choices of the degrees of freedom such as cell centres, vertices, or face centres. The main targeted applications are the simulation of CO₂ geological storage, nuclear waste repository and reservoir simulations.

The CEMRACS 2012 summer school devoted to high performance computing has been an ideal framework to start this collaborative project. This paper describes what has been achieved during the four weeks of the CEMRACS project which has been focusing on the implementation of basic features of the code such as the distributed unstructured polyhedral mesh, the synchronization of the degrees of freedom, and the connection to scientific libraries including the partitioner METIS, the visualization tool PARAVIEW, and the parallel linear solver library PETSc. The parallel efficiency of this first version of the ComPASS code has been validated on a toy parabolic problem using the Vertex Approximate Gradient finite volume spatial discretization with both cell and vertex degrees of freedom, combined with an Euler implicit time integration.

Résumé

L'objectif du projet ComPASS est de développer un code parallèle de simulation des écoulements polyphasiques en milieux poreux adapté aux maillages non structurés polyédriques (en un sens généralisé avec des faces potentiellement non planes) et à une grande classe de schémas de discrétisation volume fini utilisant des degrés de liberté variés comme par exemple des inconnues centrées aux mailles, des inconnues de face ou encore des inconnues aux nœuds. Les principales ap- plications visées sont la simulation du stockage géologique du CO₂, la modélisation des stockages de déchets radioactifs ou encore la simulation des réservoirs pétroliers et gaziers.

L'école d'été du CEMRACS 2012 consacrée au calcul haute performance a constitué un cadre idéal pour démarrer ce projet collaboratif. Cet article décrit les développements réalisés durant les 4 semaines du projet qui ont mis l'accent sur les fonctionnalités de base du code ComPASS tels que les structures du maillage distribué, la synchronisation des degrés de liberté, et la connexion à des bibliothèques scientifiques comme le partitionneur METIS, l'outil de visualisation PARAVIEW ou encore la bibliothèque de solveurs linéaires parallèles PETSc. L'efficacité parallèle de cette première version du code ComPASS a été validée sur l'exemple simple d'un problème parabolique discrétisé en temps par un schéma d'Euler implicite et en espace par le schéma volume fini Vertex Approximate Gradient utilisant à la fois des inconnues aux mailles et aux nœuds.