论文部分内容阅读
总体上,当前的高性能数值模拟软件的并行能力远落后于硬件可提供的最大并行能力。制约数值模拟软件并行能力提高的关键不仅在于求解器并行能力不足,更多情形下是由于数值模拟支撑软件并行能力的滞后。现有的并行数值模拟软件大都采用“串行网格生成+并行求解”的“准并行”计算模式,在生成很多复杂问题求解所需的大规模网格时存在严重的内存和时间性能瓶颈。开展并行网格生成方法研究,实现“并行网格生成+并行求解”的“全过程并行”计算模式,是提高数值模拟并行计算能力的关键所在。本文聚焦问题并行类并行非结构网格生成方法,系统研究了与之相适应的串行网格生成和区域分解方法,取得创新如下:(1)针对四面体网格局部编辑问题,提出了基于小空腔重连技术的点删除操作,利用小空腔重连技术的穷举机制提高点删除的成功率,继而将点删除操作应用于Delaunay网格生成的约束边界恢复算法中,显著减少了复杂输入情形下边界恢复算法所需Steiner点的数目,提高了四面体网格生成的可靠性和单元质量。(2)改进了一类基于表面网格递归分解的区域分解方法,提出一系列网格局部编辑操作以及它们的组合操作,有效解决了区域分解中间过程产生的子区域表面网格相交问题,提高了该类区域分解方法的计算效率和可靠性,继而实现了一类基于该区域分解方法的并行四面体网格生成算法。(3)提出一类基于网格对偶图的网格简化算法,可消除初始背景网格包含的不理想形状特征。继而提出一类以简化后网格为输入、基于图分解算法的新区域分解方法,基于它分解得到的子区域结构除满足负载平衡和通信最小化等目标外,且子区域边界的形状质量较高,减少了子区域边界对并行网格生成或优化算法所形成的单元质量的影响。基于该区域分解方法,实现了完全解耦的并行曲面网格生成、并行四面体网格生成及并行四面体网格优化算法。最终,针对不同问题需求,集成上述创新成果,开发了两类全过程并行非结构网格生成软件。以诸如飞行器整机外形这类复杂模型的CAD文件为输入,利用256个核在不到7分钟时间内实现了包含十亿实体单元的大规模计算网格的全自动、全过程并行生成。目前,上述并行软件已和自研的并行空气动力学数值模拟软件实现了无缝集成,针对典型空气动力学计算问题实现了“并行网格生成+并行求解”的“全过程并行”计算模式,解决了这些问题精细分析所面临的大规模计算网格生成难题。