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Load-balancing strategies in discrete element method simulations

Shahab Golshan et Bruno Blais

Article de revue (2022)

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Abstract

In this research, we investigate the influence of a load-balancing strategy and parametrization on the speed-up of discrete element method simulations using Lethe-DEM. Lethe-DEM is an open-source DEM code which uses a cell-based load-balancing strategy. We compare the computational performance of different cell-weighing strategies based on the number of particles per cell (linear and quadratic). We observe two minimums for particle to cell weights (at 3, 40 for quadratic, and 15, 50 for linear) in both linear and quadratic strategies. The first and second minimums are attributed to the suitable distribution of cell-based and particle-based functions, respectively. We use four benchmark simulations (packing, rotating drum, silo, and V blender) to investigate the computational performances of different load-balancing schemes (namely, single-step, frequent and dynamic). These benchmarks are chosen to demonstrate different scenarios that may occur in a DEM simulation. In a large-scale rotating drum simulation, which shows the systems in which particles occupy a constant region after reaching steady-state, single-step load-balancing shows the best performance. In a silo and V blender, where particles move in one direction or have a reciprocating motion, frequent and dynamic schemes are preferred. We propose an automatic load-balancing scheme (dynamic) that finds the best load-balancing steps according to the imbalance of computational load between the processes. Furthermore, we show the high computational performance of Lethe-DEM in the simulation of the packing of 10⁸ particles on 4800 processes. We show that simulations with optimum load-balancing need ≈40% less time compared to the simulations with no load-balancing.

Mots clés

Département: Département de génie chimique
Centre de recherche: URPEI - Unité de recherche en procédés d'écoulements industriels
Organismes subventionnaires: NSERC
Numéro de subvention: RGPIN-2020-04510.
URL de PolyPublie: https://publications.polymtl.ca/50366/
Titre de la revue: Processes (vol. 10, no 1)
Maison d'édition: MDPI
DOI: 10.3390/pr10010079
URL officielle: https://doi.org/10.3390/pr10010079
Date du dépôt: 18 avr. 2023 14:58
Dernière modification: 27 nov. 2025 13:55
Citer en APA 7: Golshan, S., & Blais, B. (2022). Load-balancing strategies in discrete element method simulations. Processes, 10(1), 79 (13 pages). https://doi.org/10.3390/pr10010079

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