非结构混合网格自适应并行技术

发布时间：2021-09-07 06:58

　　计算流体力学（CFD）模拟实际工程问题所采用的网格规模可达千万量级,并行技术是减少计算时间的有效方法。耦合流场信息的网格自适应技术能有效动态优化计算网格,被NASA视为一项亟待发展的CFD关键技术。混合网格自适应系统包含网格分布优化、表面网格投影和空间网格匹配等关键技术。针对以上3项关键技术分别建立了高效的并行算法。首先,提出了"先唯一后同一"的两步法策略实现了网格单元分布优化过程的并行相容性;其次,基于局部曲面拟合思想,实现了曲面重构和新增物理网格点投影的完全并行;再次,提出了空间网格匹配技术的半并行算法,快速解决了网格单元交错问题。为了提高后续流场计算的并行效率,发展了基于并行重分区-网格数据迁移方法的动态负载平衡技术,并采用圆柱激波流场自适应模拟对动态负载平衡技术进行初步验证。最后,采用三角翼自适应加密测试了自适应系统的并行效率。结果表明,建立的混合网格自适应系统并行效率较高,且相比流场求解耗费总时间的比例低于1%。 

【文章来源】：航空学报. 2020,41(01)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

并行网格自适应数值模拟执行流程

在基于网格分区的CFD并行实现中，虚拟网格技术常用来存储并行流场数据，以实现物理边界条件和并行边界条件的统一处理[10]。本文虚拟网格单元的模板扩展为与网格点相连的网格单元，如图2所示，实线围成的网格单元为真实物理单元，虚线相关的网格单元为虚拟单元。通常情况下，并行算法与自适应系统采用的具体方法有关。本文针对非结构混合网格，且主要基于文献[9]中h型混合网格自适应实现方法，分别设计了自适应网格优化3项技术的并行算法。另外，针对网格加密或稀疏造成的负载不平衡，本文在两步法的基础上设计了适合多级网格自适应的动态负载平衡算法。

本文同一性的恢复采用基于网格对象特征数据的并行通信来实现，包括“询问”和“返回”两个主要步骤。网格特征数据是区分不同网格对象的唯一性标识，在“询问”步骤通过特征数据在真实物理网格对象所在的进程查询对象编号，然后在“返回”步骤设置对应的对象编号。对于新增网格单元的特征数据De，取为父级单元编号Ip和子单元序号Sc组成的数对：

【参考文献】：
期刊论文
[1]非结构混合网格鲁棒自适应技术[J]. 唐静,崔鹏程,贾洪印,李彬,李欢.  航空学报. 2019(10)
[2]格栅反射器型面的主动控制[J]. 宋祥帅,王恩美,穆瑞楠,谭述君,兰澜.  航空学报. 2018(06)
[3]自适应笛卡尔网格超声速黏性流动数值模拟[J]. 唐志共,陈浩,毕林,袁先旭.  航空学报. 2018(05)
[4]基于自适应混合网格的脱体涡模拟[J]. 张扬,张来平,赫新,邓小刚.  航空学报. 2016(12)
[5]飞翼气动优化中参数化和网格变形技术[J]. 唐静,邓有奇,马明生,李彬.  航空学报. 2015(05)
[6]万核级并行飞机气动模拟软件CCFD研制[J]. 陈刚,王磊,陆忠华,梁贤.  华中科技大学学报(自然科学版). 2011(S1)
[7]基于弹簧近似的非结构化网格自适应处理方法[J]. 孙旭,张家忠,黄科峰.  西安交通大学学报. 2010(09)
[8]桁架拓扑优化的多点逼近遗传算法[J]. 董永芳,黄海.  计算力学学报. 2004(06)



本文编号：3389078