计算流体力学仿真程序并行化方法研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:missjiro
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计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)采用数值计算方法针对复杂流动问题进行求解以发现各种流动的现象和规律,已经广泛应用在航空、航空、气象等领域。格子Boltzmann方法(Lattice Boltzrnann Method,LBM)是CFD求解的典型数值计算方法,拥有天然的数据并行性、边界处理简单、稳定性高等优点,但是随着网格规模的扩大,使用LBM方法进行求解出现了执行时间过长的问题,同时在高性能计算机快速发展的今天,如何使LBM方法能够在高性能集群上有不错的性能,是本领域研究的热点。  本文主要对计算流体力学中的LBM方法的并行化方法进行研究,论文通过对LBM方法的分析,包括对LBM计算过程以及可并行化进行分析,结合现有的成熟并行框架,针对LBM求解随着网格规模的增大在单机上串行执行时间过长的问题,提出了基于OpenMP的LBM并行化方法,缩短了LBM方法在单个机器上的执行时间;针对LBM方法在高性能集群上的扩展问题,通过对计算网格进行划分,利用MPI进行计算通信,提出了基于MPI的LBM并行化方法;针对纯MPI并行方法在集群上出现的通信代价过高、执行效率过低的问题,提出了两种混合编程模型,并根据混合编程模型提出了基于MPI+OpenMP的LBM并行化方法,充分利用了集群的特性,有良好的性能;针对混合编程中存在的OpenMP使用过多导致线程创建和销毁和MPI通信过长导致计算时间变长的问题,提出了改进的基于MPI+OpenMP的LBM并行化方法,经过实验发现改进后的方法降低了运行的时间。
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