锅炉燃烧器内气固两相流动的分区并行计算

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当前,在解决传热与流动问题上,数值模拟已经成为一个非常重要的工具,但是它往往受到电子计算机本身条件的限制,而对于多相流动问题的数值模拟则更是需要耗费巨大的计算机资源。鉴于高性能计算机价格昂贵,尚不能普遍应用,我们将许多计算能力相对较低的个人计算机或工作站构建成集群系统,通过多机并行的方式,以低廉的价格获得强大的计算能力,而MPI(Message Passing Interface)是目前被普遍采用的实现集群中消息传递的并行编程环境。本文主要研究如何在基于局域网络的计算机集群上实现气固两相流动问题的并行数值求解。 本文利用自行开发的基于非正交贴体坐标系的分区并行计算软件,采用气固两相湍流模型,对近出口处带有菱形障碍块的锅炉燃烧器内的气固两相冷态流动进行了数值模拟。在数值求解过程中,首先将整个几何区域分解成若干相对简单的非重叠子区域并生成各自的贴体网格系统,然后分别在各子区域上采用SIMPLE-C算法对控制方程进行离散,最后再利用Dirichlet-Neumann交替算法(简称D-N算法)实现分区并行计算。根据流体动力学理论和某些出版物中发表的相关数据,通过对计算结果的比较、分析,证实了燃烧器一次风喷咀带有菱形障碍块的结构对于炉膛内的稳定燃烧有着非常重要的作用。此外,基于MPI编程环境的区域分解方法的实施也获得了很高的并行效率,从而体现了个人计算机集群在数值求解流动问题方面良好的适用性和高效性。
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