多重网格格子Boltzmann方法的并行算法.pdf

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1、JournalofComputerApplicationsISSN1001—90812014．11—10计算机应用，2014，34(11)：3065—3068，3072CODENJYⅡDUhttp：／／www．joca．an文章编号：1001．9081(2014)11．3065．04doi：10．I1772／j．issn．1001—9081．2014．11．3065多重网格格子Boltzmann方法的并行算法．刘智翔，宋安平，徐磊，郑汉垣，张武(1．上海大学计算机工程与科学学院，上海200444；2．上海大学高性能计算中心，上海200444)(通信作者电子邮箱wzhang@shu．edu．

2、an)摘要：针对复杂流动数值模拟中的格子Bohzmann方法存在计算网格量大、收敛速度慢的缺点，提出了基于三维几何边界的多重笛卡儿网格并行生成算法，并基于该网格生成方法提出了多重网格并行格子Bohzmann方法(LBM)。该方法结合不同尺度网格间的耦合计算，有效减少了计算网格量，提高了收敛速度；而且测试结果也表明该并行算法具有良好的可扩展性。关键词：格子Boltzmann方法；多重网格；并行算法；可扩展性；OpenMP中图分类号：TP338．6；0246文献标志码：AParallelalgorithmsformulti-gridlatticeBoltzmannmethodLIUZhixia

3、ng，SONGAnping一，XULei，ZHENGHanyuan，ZHANGWu，(1．SchoolofComputerEngineeringandScience，ShanghaiUniversity,Shanghai200444，China；2．HighPe咖rtnaneeComputingCenter,ShanghaiUniversity,Shanghai200444，China)Abstract：Duetotheshortcomingsoflargeamountofcomputationalgridsandslowconvergencerateinthenumericalsimul

4、ationofthecomplexflow，theparallelalgorithmofmultipleCartesiangridgenerationbasedonthree—dimensionalgeometrywasproposedforLatticeBohzmannMethod(LBM)．Andmuhi—gridparallelLBMwasdevelopedbasedontheparallelalgorithmofdgeneration．Theproposedalgorithmscanefficientlyreducetheamountofcomputationalgridsandi

5、mprovetheconvergencebycouplingwiththegridswithdifferentsizes．Numericalresultsalsoshowthattheproposedparallelalgorithmshaveconsiderablescalability．Keywords：LatticeBohzmannMethod(LBM)；muhi—srid；parallelalgorithm；scalability；OpenMP该方法能有效提高计算效率。最近，Touil等也提出了一种0引言结合大涡模拟的多尺度网格的LBM，其实验结果进一步验证复杂流体运动的数值模拟一

6、直是大规模科学与工程计算了多尺度网格在复杂流动问题中的可行性。另外，Eitel—Amor中最重要且具有挑战性的研究领域之一。与基于宏观纳维一等采用中心点格式和局部网格加密的LBM，并在圆球和圆斯托克斯(Navier．Stokes，N—S)方程的计算流体动力学和基于柱绕流计算问题上证明了采用网格中心点格式在局部加密网微观分子动力学的流体力学模拟方法不同，基于Bohzmann格上的计算是可行的，且能较好地支持自适应网格方法。虽方程的格子Bohzmann方法(LatticeBohzmannMethod，LBM)然以上的研究工作都能够有效提高计算效率，但是都增加了从介观尺度来描述流体系统J。由于B

7、ohzmann方程自身本LBM计算的并行复杂度。质的运动学特性，且能根据经典的Chapman—Enskog展开得到为了提高LBM的计算效率，本文基于网格中心点格式、连续型的N—S方程，因此LBM比基于连续介质假设的N-S方八叉树结构和OpenMP编程模型，详细分析多重网格LBM中程包含了更多的物理内涵J。同时，LBM具有天然的并行性各部分的并行度，给出多重网格的并行生成算法和多重网格和方便处理边界条件等优点，使之适合处理