湍流模拟壁面距离MPI/OpenMP混合并行计算方法

作     者：赵钟 何磊 张健 徐庆新 张来平 ZHAO Zhong;HE Lei;ZHANG Jian;XU Qingxin;ZHANG Laiping

作者机构：中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 

出 版 物：《空气动力学学报》 (Acta Aerodynamica Sinica)

年 卷 期：2019年第37卷第6期

页      面：883-892页

核心收录：

学科分类：080103[工学-流体力学] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0802[工学-机械工程] 0701[理学-数学] 0702[理学-物理学] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点研发计划(2016YFB0200701) 国家自然科学基金(11532016,91530325) 

主　　题：湍流壁面距离 ADT搜索 大规模并行计算 风雷软件 

摘      要：针对计算流体力学在湍流数值模拟过程中壁面距离计算效率不高的问题,设计了一种基于ADT数据结构搜索的MPI/OpenMP混合并行计算方法,以大幅提高大规模网格壁面距离的计算效率,降低因内存消耗而对网格规模的限制。首先分析了壁面距离计算精度对湍流模拟的重要性,介绍了壁面距离计算的几何基础。随后基于区域分解思想,将计算域划分为不同的子分区,服务器进程收集全局壁面面元网格信息后发送给其他所有进程,各进程根据全局壁面信息,基于ADT数据结构搜索其网格分区内的单元,精确计算壁面距离。为了解决全局壁面信息内存过大的问题,采用MPI/OpenMP混合并行算法,使得各计算节点中仅有一个或少数几个壁面信息备份,这些壁面信息备份被节点内的其他各进程所共享。最后采用大规模网格进行了壁面距离计算测试,网格规模最大达到33.2亿,结果表明,该方法的计算精度和直接搜索法一致,内存耗费下降70%,计算时间减少约1个量级,能满足大规模CFD数值模拟的需求。