基于二维结构化网格的可压缩流体并行算法研究

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激波管问题是一个经典的可压缩流问题,模拟现象丰富,广泛应用于数值方法结果的验证和分析,为了在提高计算精度的同时,减少计算资源,计算激波管问题往往采用自适应加密技术,随着计算流体力学的不断发展,激波管问题的计算规模也在不断增加,采用并行计算是必然的趋势。本文基于激波管数值模拟,流场模拟采用结构化网格,控制方程为NS方程,离散方式为四阶龙格库塔方法,采用显式计算以及自适应加密技术,开展可压缩流体的并行优化研究,主要工作和成果如下:(1)基于二维结构化网格的基础网格,设计了三种并行算法,分别是阻塞式并行算法,以及在此基础上进行通信优化的非阻塞式并行优化算法和MPI+OpenMP混合编程算法。(2)基于二维结构化网格的多层自适应加密网格,提出了一种自适应并行优化算法,设计了一种基于负载迁移的负载平衡算法,解决了网格加密后造成的局部负载过大,造成的负载不平衡问题。(3)基于本文设计的多种并行优化算法,在天河2号超级计算机上分别进行了正确性测试以及性能测试,在性能测试中又进行了强可扩展性以及弱可扩展性测试,测试结果表明,不采用加密技术,基础网格数4000万,计算规模扩展到8192核,加速比可达到6896.03。自适应加密层数设为3层,基础网格数设为1600万,计算规模扩展到1024核时,加速比可达到294.71。
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