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惯性约束聚变内爆中基于多块结构网格的高效辐射扩散并行算法

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计算物理 2022年第3期39卷 277-285页

作者：胡晓燕范征锋北京应用物理与计算数学研究所北京100088

针对三维球形靶丸内爆高效模拟需求和传统笛卡尔正交网格上辐射加源困难的问题,发展一种多块结构非正交网格生成方法,并基于此种计算网格提出高效的三维扩散格式并行算法,将其应用于辐射流体方程组的求解和三维内爆不对称性的数值模拟,... 详细信息

针对三维球形靶丸内爆高效模拟需求和传统笛卡尔正交网格上辐射加源困难的问题,发展一种多块结构非正交网格生成方法,并基于此种计算网格提出高效的三维扩散格式并行算法,将其应用于辐射流体方程组的求解和三维内爆不对称性的数值模拟,数值结果显示了算法的有效性。并行性能测试显示该算法可扩展到5400个核上,并行效率达到69%。

关键词：多块结构网格扩散方程惯性约束核聚变内爆并行算法

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一种基于双前沿推进的边界层网格生成算法

计算力学学报 2022年第1期39卷 42-48页

作者：刘田田董庆利杨洋冷珏琳郑澎中物院高性能数值模拟软件中心北京100088 北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中国工程物理研究院计算机应用研究所绵阳621900

高雷诺数粘性流动模拟对边界层内的网格正交性有特殊要求。对于复杂外形,这类问题的网格自动化生成十分困难。面向该问题,提出一种双前沿推进思想,并形成一种面向复杂几何外形的边界层网格全自动生成算法。结合多种网格技术处理局部几... 详细信息

高雷诺数粘性流动模拟对边界层内的网格正交性有特殊要求。对于复杂外形,这类问题的网格自动化生成十分困难。面向该问题,提出一种双前沿推进思想,并形成一种面向复杂几何外形的边界层网格全自动生成算法。结合多种网格技术处理局部几何特征以保证边界层网格的质量。双前沿推进思想同时适用于多块结构网格和混合网格的边界层网格生成。多个模型网格实例验证了算法的有效性。

关键词：边界层网格双前沿推进自动生成多块结构网格混合网格

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多块结构网格负载平衡算法研究

多块结构网格负载平衡算法研究

作者：熊汉韬湖南大学

学位级别：硕士

近些年来,高性能计算领域正在快速发展。现有的超级计算机具有更多的处理器核心和更大的集群内部通信带宽,带来了更强大的计算能力和更快的通信速度。科学与工程计算中的数值模拟是高性能计算领域中至关重要的应用类型。其中,负载平衡... 详细信息

近些年来,高性能计算领域正在快速发展。现有的超级计算机具有更多的处理器核心和更大的集群内部通信带宽,带来了更强大的计算能力和更快的通信速度。科学与工程计算中的数值模拟是高性能计算领域中至关重要的应用类型。其中,负载平衡效率和通信开销决定了数值模拟程序执行数值模拟的质量与该程序的执行速度。为了获得更好的数值模拟质量并加快数值模拟程序的运行,应该使得高性能计算系统中的所有处理器核心都尽可能处于负载平衡状态。这意味着在多块结构网格这一重要应用类型中,多块结构网格中的计算负载都尽可能均匀地被映射到所有的处理器核心上进行并行计算。同时,所有处理器核心之间的通信开销应当尽可能小。在多块结构网格负载平衡问题中,不同网格块之间的负载值大小,网格块与处理器核心之间的数量关系以及网格块到处理器核心的映射策略是影响负载平衡效率和通信开销的主要因素。由于现有算法大多没有充分考虑这三个因素,基本都存在通信开销过大等问题。针对前两个因素,本文提出一种多块结构网格块分割算法。该算法首先引入网格块最优计算负载区间和网格块计算负载下限两个评估标准来对每个网格块的计算负载进行评估。其次,该算法中实现一个改进的矩形剖分算法。根据两个评估标准的评估结果,上述多块结构网格块分割算法采用改进的矩形剖分算法作为主分割算法,经典的递归边对分算法作为辅助分割算法来对原始多块结构网格进行优化处理,进而解决前两个因素带来的问题。针对第三个因素带来的挑战,且考虑到不同网格块之间非规则的数据依赖,本文采用图这一数据结构来对多块结构网格进行建模,进而采用图剖分算法来进行网格块到处理器之间的映射。将上述多块结构网格块分割算法与图剖分算法相结合,本文提出一种针对多块结构网格数值模拟应用的负载平衡算法。相比目前已有算法,本文所提的负载平衡算法不仅关注负载平衡效率,而且进一步优化通信开销,能够得到较好负载平衡效率和较低通信开销。实验表明,针对多块结构网格数值模拟应用,本文所提的多块结构网格负载平衡算法可以在高性能计算系统中的处理器核心之间取得理想的负载平衡效率和相对较低的通信开销,具有很大的实际应用价值。

关键词：通信开销高性能计算负载平衡算法负载平衡效率数值模拟多块结构网格

旋翼滑流对倾转旋翼机飞机模式下气动特性的影响

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航空动力学报 2018年第11期33卷 2809-2816页

作者：陈皓陆志良郭同庆南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

建立了考虑旋翼桨叶形状、桨叶片数、桨距和转速等因素的等效桨盘模型,该模型中桨叶对气流的作用被等效为时间平均的源项添加到控制方程中,并通过两个算例验证了模型的有效性。对V-22倾转旋翼机飞机模式高速巡航状态下的全机三维流场进... 详细信息

建立了考虑旋翼桨叶形状、桨叶片数、桨距和转速等因素的等效桨盘模型,该模型中桨叶对气流的作用被等效为时间平均的源项添加到控制方程中,并通过两个算例验证了模型的有效性。对V-22倾转旋翼机飞机模式高速巡航状态下的全机三维流场进行了数值模拟,分析了旋翼流场特征,定量给出了滑流对气动力系数的影响量。计算结果表明:旋翼滑流明显改变了机翼表面的压力分布,使全机升力系数增大,最大升力系数增量为4.6%;0°迎角下滑流使阻力系数减小了29%,而4°迎角后,滑流使得阻力系数增大,在14°时增量达到了32%;俯仰力矩系数的变化量为4.6%。进一步研究发现,滑流对平尾下表面压力系数分布产生较大影响,而对垂尾影响则较小。

关键词：倾转旋翼机飞机模式等效桨盘气动特性多块结构网格

氧碘化学激光器数值模拟中的多块并行通信算法

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计算机研究与发展 2016年第5期53卷 1166-1172页

作者：郭红李艳安恒斌北京应用物理与计算数学研究所北京100094 计算物理重点实验室(北京应用物理与计算数学研究所) 北京100094

为实现氧碘化学激光器大规模数值模拟,基于JASMIN(J parallel adaptive structured mesh applications infrastructure)框架设计实现了氧碘化学激光器数值模拟的多块并行通信算法.该算法针对模拟中构造多块结构网格间通信关系困难、氧... 详细信息

为实现氧碘化学激光器大规模数值模拟,基于JASMIN(J parallel adaptive structured mesh applications infrastructure)框架设计实现了氧碘化学激光器数值模拟的多块并行通信算法.该算法针对模拟中构造多块结构网格间通信关系困难、氧碘化学激光器数值模拟填充物理边界复杂以及网格块内块间通信调度策略不统一等通信问题,实现了块间关系自动识别算法用以自动识别多块结构网格间通信关系,构造了特殊物理边界数据结构帮助实现物理边界的填充,并采用了统一的通信调度策略以降低通信时间.数值结果表明:该算法解决了氧碘化学激光器大规模数值模拟中的通信问题,并很好地模拟了氧碘化学激光器装置,使用简单,可以扩展到上千个处理器核.

关键词：氧碘化学激光器大规模计算多块结构网格并行通信算法 JASMIN

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多块结构网格动网格方法与应用

多块结构网格动网格方法与应用

作者：姚超南京航空航天大学

学位级别：硕士

本文针对多块结构网格介绍了一种新的动网格求解方法。该方法将改进的Delaunay图方法与无限插值法相结合：采用改进的Delaunay图方法，求解多块结构网格中每个块边界上网格点变形量，对于每个块的内部节点，采用无限插值法求解其变形量... 详细信息

本文针对多块结构网格介绍了一种新的动网格求解方法。该方法将改进的Delaunay图方法与无限插值法相结合：采用改进的Delaunay图方法，求解多块结构网格中每个块边界上网格点变形量，对于每个块的内部节点，采用无限插值法求解其变形量。该方法具备了网格变形能力强、通用性好和变形效率高的优点。相比于传统Delaunay图方法，改进Delaunay图方法中每一个网格点所对应的Delaunay背景图移动方式不同，具体背景图中点移动变形值可以通过求解插值矩阵得到。本文将该混合动网格方法应用于增升装置缝道参数优化设计中。在二维多段翼型增升装置设计缝道参数优化中，采用动网格方法对初始网格进行变形。相比于传统的重新生成网格，这样做更节省时间，也更容易实现自动化优化。最终优化得到某三段翼型在着陆状态下的襟缝翼缝道参数。在三维翼身组合体增升装置缝道参数优化中，采用“二维半”方法生成多块面搭接结构网格，运用本文中的动网格方法实现不同缝道参数状态下的网格重构，采用基于N-S方程的流场计算软件进行三维状态下翼身组合体着陆状态下的气动力计算以及缝道参数优化设计。

关键词：多块结构网格动网格 Delaunay图方法无限插值法增升装置优化设计

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基于多点约束的大展弦比机翼静气动弹性计算

北京航空航天大学学报 2014年第12期40卷 1666-1671页

作者：黄炜陆志良唐迪郭同庆南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

基于雷诺平均N-S方程和多块结构网格技术计算大展弦比机翼的气动力.机翼采用梁模型结构,利用有限元方法计算结构变形.建立基于多点约束(MPC,Multi-Point Constrain)的气动、结构数据的双向传递方法.采用MPC数据插值方法快捷地实现自主... 详细信息

基于雷诺平均N-S方程和多块结构网格技术计算大展弦比机翼的气动力.机翼采用梁模型结构,利用有限元方法计算结构变形.建立基于多点约束(MPC,Multi-Point Constrain)的气动、结构数据的双向传递方法.采用MPC数据插值方法快捷地实现自主研发的计算流体力学(CFD,Computational Fluid Dynamics)程序和NASTRAN计算结构力学(CSD,Computational Structural Dynamics)软件的耦合计算,发展出可以考虑结构非线性的静气动弹性CFD/CSD耦合计算方法,该方法比只考虑单方向变形的柔度法更精确.开展了某大展弦比机翼的静气动弹性数值计算分析,结果显示只考虑机翼纵向变形而忽略展向变形对计算结果会有一定影响,而该算例几何非线性影响较小.

关键词：大展弦比机翼有限元方法 N-S方程静气动弹性多块结构网格

Gurney襟翼对多段翼型气动性能影响的数值研究

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航空学报 2014年第4期35卷 995-1003页

作者：张振辉李栋杨茵西北工业大学翼型叶栅空气动力学国家重点实验室陕西西安710072

采用剪切应力输运(SST)k-ω两方程湍流模型和C-H型多块结构网格求解二维非定常雷诺平均Navier-Stokes方程,结合襟翼缝道参数变化研究了不同形式的Gurney襟翼(GF)及其几何参数对多段翼型气动性能的影响,GF形式包括主翼和襟翼分别及同时增... 详细信息

采用剪切应力输运(SST)k-ω两方程湍流模型和C-H型多块结构网格求解二维非定常雷诺平均Navier-Stokes方程,结合襟翼缝道参数变化研究了不同形式的Gurney襟翼(GF)及其几何参数对多段翼型气动性能的影响,GF形式包括主翼和襟翼分别及同时增加GF。在GF绕流数值计算中对GF局部网格进行适当加密,多段翼型不同襟翼缝道参数GF构型的计算结果表明:主翼GF的影响主要取决于缝道参数,通过减小襟翼逆压梯度可以有效抑制襟翼位置并非最优时出现的流动分离,因而能够用来重新优化缝道参数;襟翼GF对基本构型的影响大致相同,升力系数和俯仰力矩系数增加明显且随GF高度非线性变化,但当其高度合适时阻力系数变化不大;主翼和襟翼同时增加GF时,在线性区域内多段翼型气动性能的变化大致为上述两种单独情形的线性迭加。

关键词：增升装置多段翼型 Gurney襟翼气动性能多块结构网格

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多块结构网格并行算法研究

多块结构网格并行算法研究