【摘要】：針對包含運動邊界的非定常流動問題,基于彈簧近似法設(shè)計了一套非結(jié)構(gòu)動網(wǎng)格分區(qū)并行計算流程,引入了METIS軟件進(jìn)行非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格二次剖分,研究了對接邊界通信類型及其處理方法,基于消息傳遞并行編程模式實現(xiàn)了非結(jié)構(gòu)動網(wǎng)格求解器的并行化。測試結(jié)果表明:該求解器具有較高的并行效率,網(wǎng)格變形模塊對非結(jié)構(gòu)動網(wǎng)格并行計算性能具有重要影響。
【圖文】：

j=1Kij(4)2并行方法2．1并行計算流程CFD并行計算普遍采用區(qū)域分解的數(shù)據(jù)并行策略，即將流場數(shù)據(jù)劃分成與并行任務(wù)數(shù)相匹配的多個網(wǎng)格區(qū)域，每個并發(fā)任務(wù)映射到CPU核上的一個計算進(jìn)程，每個進(jìn)程負(fù)責(zé)其中一個網(wǎng)格區(qū)域的流場模擬［11］。采取基于標(biāo)準(zhǔn)非阻塞信息傳遞接口(MessagePassingInterface，MPI)通信模式的分布式存儲并行實現(xiàn)［12］，讓不同的網(wǎng)格區(qū)域在多個進(jìn)程上同時進(jìn)行時間步的迭代求解計算，通過進(jìn)程間的消息傳遞，對不同網(wǎng)格區(qū)域之間的邊界數(shù)據(jù)進(jìn)行交換。非結(jié)構(gòu)動網(wǎng)格分區(qū)并行計算流程如圖1所示。各進(jìn)程分別讀取各自網(wǎng)格文件進(jìn)行初始化，整個迭代求解過程均為數(shù)據(jù)并行區(qū)———各進(jìn)程分別進(jìn)行網(wǎng)格變形、求解流嘗更新網(wǎng)格數(shù)據(jù)、計算殘差，但在7處需要進(jìn)行MPI通信，它們分別是:計算時間步長、更新彈簧勁度系數(shù)和節(jié)點受力、計算內(nèi)點及對接邊界點新坐標(biāo)、更新邊界虛擬單元圖1非結(jié)構(gòu)動網(wǎng)格分區(qū)并行計算流程Fig．1Processofdomain-decomposedparallelcomputationforunstructureddynamicmesh位置、更新邊界虛擬單元物理量、更新對接邊界虛擬單元內(nèi)的物理量梯度和計算殘差。2．2網(wǎng)格二次剖分方法非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的負(fù)載平衡當(dāng)前使用較多的是基于圖的多層劃分方法，其中軟件METIS發(fā)展較為成熟，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于CFX、FLUENT等CFD計算軟件的預(yù)處理過程中［13］。使用該軟件進(jìn)行負(fù)載平衡和任務(wù)劃分。為了滿足對接邊界物理量和網(wǎng)格節(jié)點坐標(biāo)通信的需要，在網(wǎng)格剖分完成以后，需要建立對接邊界單元、邊界面、邊界節(jié)點的對應(yīng)關(guān)系，并進(jìn)行局部網(wǎng)格重排序。2．3對接邊界處理方法1)對接邊界節(jié)點求和。按照迭代式(4)，網(wǎng)格點所受合力保持不變，網(wǎng)格節(jié)點新坐標(biāo)xi是其周·82·

國防科技大學(xué)學(xué)報第39卷圖2層流平板邊界層流向速度剖面Fig．2Flow-directionvelocityprofileofflat-platelaminarboundarylayer表3層流平板邊界層并行模擬性能Tab．3Parallelperformanceofflat-platelaminarboundarylayer并行分區(qū)數(shù)1248時間迭代加速比1．001．963．887．71求解流場加速比1．001．973．937．76MPI通信時間比0．00%0．04%0．13%0．25%并行效率100%97．84%96．97%96．40%來流馬赫數(shù)Ma∞=0.755，雷諾數(shù)Ｒe∞=2.0×106。首先模擬了位于平均攻角時的定常繞流，殘差收斂達(dá)到10個量級以上，計算所得壓力分布如圖3所示，0．25倍根弦位置的激波清晰。表4NACA0012翼型初始網(wǎng)格Tab．4InitialmeshofNACA0012網(wǎng)格分區(qū)示意圖分區(qū)數(shù)1248平均單元數(shù)3．00×1041．50×1040．75×1040．38×104最大單元數(shù)3．00×1041．50×1040．76×1040．38×104最小單元數(shù)3．00×1041．49×1040．74×1040．37×104圖3NACA0012翼型定常壓力分布(8區(qū))Fig．3PressuredistributionofNACA0012steadyflow(8domains)在定常流場基礎(chǔ)上進(jìn)行了非定常計算，所得升力系數(shù)如圖4所示，結(jié)果與Batina［15］的計算結(jié)果吻合較好，與實驗結(jié)果稍有差異，這與劉君［10］、楊小亮［16］等的模擬結(jié)果一致。同時，從網(wǎng)格變形上來看，在俯仰振蕩過程中，分區(qū)并行沒有出現(xiàn)網(wǎng)格重疊和縫隙，，網(wǎng)格變形與串行基本相同，具有較好的適應(yīng)能力。圖4NACA0012翼型俯仰振蕩的升力系數(shù)Fig．4LiftcoefficientofNACA0012oscillatoryNACA0012翼型俯仰振蕩并行模擬性能如表5所示，求解流場的加速比未受網(wǎng)格運動影響，并行·84·

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