We present a topology-based method for mesh-partitioning in three-dimensional discrete fracture network (DFN) simulations that take advantage of the intrinsic multi-level nature of a DFN. DFN models are used to simulate flow and transport through low-permeability fractured media in the subsurface by explicitly representing fractures as discrete entities. The governing equations for flow and transport are numerically integrated on computational meshes generated on the interconnected fracture networks. Modern high-fidelity DFN simulations require high-performance computing on multiple processors where performance and scalability depend partially on obtaining a high-quality partition of the mesh to balance work-loads and minimize communication across all processors. The discrete structure of a DFN naturally lends itself to various graph representations. We develop two applications of the multilevel graph partitioning algorithm to partition the mesh of a DFN. In the first, we project a partition of the graph based on the DFN topology onto the mesh of the DFN and in the second, this projection is used as the initial condition for further partitioning refinement of the mesh. We compare the performance of these methods with standard multi-level graph partitioning using graph-based metrics (cut, imbalance, partitioning time), computational-based metrics (FLOPS, iterations, solver time), and total run time. The DFN-based and the mesh-based partitioning methods are comparable in terms of the graph-based metrics, but the time required to obtain the partition is several orders of magnitude faster using the DFN-based partitions. In combination, these partitions are several orders of magnitude faster than the mesh-based partition. In turn, this hybrid method outperformed both of the other methods in terms of the total run time.


翻译:在三维离散断裂网络(DFN)的模拟中,我们提出了一个基于地形的网状分割方法,该方法利用DFN的内在多层次性质。DFN模型用于模拟流动和通过低渗透碎裂介质在地表下通过低渗透碎裂介质在地表下进行传输,明确代表离散实体的断裂。流流和运输的调节方程式在数字上结合在相互连接的断裂网络生成的计算网状中。现代高不易碎裂DFN的模拟要求对多个处理器进行高性能的快速计算,其中性能和可缩缩放部分取决于获得高质量的网状间距,以平衡工作量,并最大限度地减少所有处理器之间的通信。DFNFN的离散结构自然适用于各种图形表达方式。我们开发了多种多层次的图形分割算法,在基于DFNFM的表面图解算法上,在第二,这一预测是用作进一步平衡的初始条件,而在基于MFNFN的流流流中,但这种数值中则用于更精确的平面时间分流,在地计算中,我们用这些标准的计算方法比基于的平流法的计算方法。我们用这些平流的计算方法比较这些平流法的计算方法。

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