fluent软件的多重网格并行算法及其性能_余江洪

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1、交通科学武汉理工大学学报(与工程版)第33卷　第1期2009年2月JournalofWuhanUniversityofTechnology(TransportationScience&Engineering)Vol.33　No.1Feb.2009＊Fluent软件的多重网格并行算法及其性能余江洪1,3)　肖金生1,2)　朱宗柏1,4)(武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室1)　汽车工程学院2)　武汉　430070)(中船重工第七一二研究所3)　武汉　430064)　　(武汉理工大学现代教育技术中心4)　武汉　43007

2、0)摘要:Fluent软件是目前国际上比较流行的通用CFD软件包,用于模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动,对大规模问题可用并行多重网格方法进行求解.为了找出Fluent软件的最佳解题规模和并行粒度,以期最大限度地发挥软件和硬件的效能,对Fluent软件采用的多重网格并行算法进行了理论分析,通过实验,重点讨论了在并行求解过程中,不同的多重网格循环方法、区域分裂方法、解题的规模和计算节点数对并行性能的影响.结果证明,Fluent软件采用V循环的并行性能最好,HPCC还有很大的升级空间.关键词:燃料电池;多重网格;区域分

3、裂;并行计算;Fluent中图法分类号:U463.63;TP338.6DOI:10.3963/j.issn.1006-2823.2009.01.035　　Fluent软件是一种CFD(computationalfluid(1)2层V循环方法;(2)多层V循环方法;(3)dynamics)求解器,它可以求解各种复杂流动,包完全多重网格方法.图1以4层网格为例,图示上括不可压缩流动(低亚音速)、弱可压缩流动(跨音述3种方法.图中“★”为松弛迭代;“”为限制;速)和强压缩性问题(超音速).Fluent软件有多“/”为插值;“◆”

4、为精确求解.种求解方法,提供了多重网格方法来加快收敛速度,同时可以进行并行计算,因此它可以为速度范围很广的流动问题提供高效准确的最优求解方案.本文介绍了Fluent软件的多重网格并行算法,测试分析了其并行性能.图1　多重网格方法的3种基本形式1　Fluent软件中的多重网格方法多重网格循环可以定义为在每一个网格层面通过网格层次时在网格层面内应用的递归程序,多重网格方法(multigridmethod,MGM)是一种高效的串行数值计算方法.细网格松弛、粗网格校正和套迭代技术是多重网格算法的三大支柱.其基本思想是,利用粗网格上

5、的残差校正特性消除迭代误差的低频分量,同时利用细网格上的松弛光滑特性消除迭代误差的高频分量,套迭代技术负责通过限制和插值算子连接所有网格层共同求解同一问题[1-2].[1-2].多重网格算法一般有以下3种基本形式[3]:该程序通过在当前层面完成单一网格循环来扩展到下一个粗糙网格层面.Fluent软件中有4种多重网格循环:V,W,F以及灵活(flexible)循环.V和W循环可以用在代数多重网格(algebraicmultigrid,AMG)和全近似存储(full-approxima-tionstorage,FAS)多重网格

6、中,F和Flexible循环只限用于AMG方法.V循环如图2a)所示,它包括:预松弛(β1)※限制※V循环※插值※后松弛(β3).W循环如图2b)所示,它包括:预松弛(β1)　　　　收稿日期:2008-08-11　　　　余江洪:男,31岁,硕士,工程师,主要研究领域为燃料电池计算机模拟　　　＊教育部高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20030497012,20050497014),材料复合新技术国家重点实验室2004年度重点基金项目资助·134·武汉理工大学学报(交通科学与工程版)2009年　第33卷※限制※W循环※

7、W循环※插值※后松弛(β3).兆网卡,584GSCSI硬盘;计算节点是8个DELLF循环则是用W循环之后进行V循环来构POWEREDGE1750,各配置2个IntelXeon2.8成:预松弛(β1)※限制※W循环※V循环※插值GHz/533MHzFSBCPU,2G/DDR266内存,集成※后松弛(β3).千兆网卡,73GSCSI硬盘;主节点和计算节点信息交换通过千兆以太网交换机完成.2)软件环境　RedHatEnterpriseLinux3.0,Fluent6.2.16forLinux.3.2　测试方案模拟测试的是单直流道

8、质子交换膜燃料电池.采用Fluent软件中PEMFuelCell模块计算,利用Fluent内部命令“Benchmark”迭代100a)V循环　　　　　b)W循环步,记录CPU使用率和运算时间(elapsecl-图2　多重网格循环time).按多重网格循环方法、区域分裂法和解题规模分3种方案测试.2　Fl