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适用于任意网格的大规模并行CFD计算框架PHengLEI 被引量:33
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作者 赵钟 张来平 +3 位作者 何磊 何先耀 郭永恒 徐庆新 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第11期2368-2383,共16页
针对计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)大规模并行计算的需要,我们设计了适用于任意网格类型的并行计算框架风雷(PHengLEI)软件,同时支持结构网格、非结构网格和重叠网格.为了实现并行通信与网格类型无关且与物理求解器... 针对计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)大规模并行计算的需要,我们设计了适用于任意网格类型的并行计算框架风雷(PHengLEI)软件,同时支持结构网格、非结构网格和重叠网格.为了实现并行通信与网格类型无关且与物理求解器开发者隔离,我们设计了通用的通信模式和一种基于网格块的“三合一”的数据交换模式,即将多块结构网格块、并行分区网格块和结构/非结构网格块间的交界面数据完全标准化为数据底层后,在数据底层统一进行交换,使得数据交换不依赖于网格类型和数据类型,从而实现任意网格类型并行通信模式的统一.作为气动数据生产的“数值风洞”,要求代码将并行隔离至底层,为此针对主流计算机系统的特点,设计了粗粒度MPI/OpenMP混合并行模式,领域专家只需关注求解器开发而无需关注并行通信,在提高可移植性、可扩展性的同时尽可能兼顾封装性.针对大规模并行计算的实际工程需求,设计了并行分区、大规模并行文件存储模式,以缩短前置处理和文件I/O时间.最后,分别基于结构网格、非结构网格和重叠网格,给出了工程应用领域的标模算例,以说明PHengLEI并行计算框架对不同网格类型的适应性.大规模网格测试结果表明,国产定制集群上16.38万核并行效率达83%以上,“天河二号”上近10万核并行效率达95%以上,展现了较好的可扩展性和并行计算效率. 展开更多
关键词 并行计算 MPI/OpenMP混合并行 CFD并行计算框架 phenglei 风雷软件 HyperFLOW
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风雷(PHengLEI)通用CFD软件设计 被引量:30
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作者 赵钟 何磊 何先耀 《计算机工程与科学》 CSCD 北大核心 2020年第2期210-219,共10页
风雷软件(PHengLEI)是由中国空气动力研究与发展中心开发的,具有完全自主知识产权的计算流体力学CFD软件平台,已在国内广泛推广使用。作为当前实施的国家数值风洞系统的重要组成部分,正在集成包括直升机旋翼、飞机结冰、风工程、化学反... 风雷软件(PHengLEI)是由中国空气动力研究与发展中心开发的,具有完全自主知识产权的计算流体力学CFD软件平台,已在国内广泛推广使用。作为当前实施的国家数值风洞系统的重要组成部分,正在集成包括直升机旋翼、飞机结冰、风工程、化学反应与燃烧、虚拟飞行、结构/非结构高精度等学科物理模型。针对多学科、多物理模型集成开发的需求,为了适应下一代高性能计算机硬件,在已有工作基础上,进一步设计了面向下一代高性能计算的PHengLEI软件体系结构和数据结构。 展开更多
关键词 CFD软件 并行计算 国家数值风洞 风雷软件(phenglei)
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基于PHengLEI的非稳态电热除冰过程仿真 被引量:3
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作者 刘宗辉 卜雪琴 +1 位作者 林贵平 李伟斌 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第2期53-63,I0002,共12页
为了填补国产自主可控CFD软件风雷平台的防除冰功能开发的空白,本文建立了电热除冰计算模型、计算方法和非稳态导热模型,并在国家数值风洞风雷平台(PHengLEI)基础上,集成了非稳态电热除冰计算和非稳态导热计算功能。通过与主流商业CFD... 为了填补国产自主可控CFD软件风雷平台的防除冰功能开发的空白,本文建立了电热除冰计算模型、计算方法和非稳态导热模型,并在国家数值风洞风雷平台(PHengLEI)基础上,集成了非稳态电热除冰计算和非稳态导热计算功能。通过与主流商业CFD软件仿真结果和实验数据的对比,验证了导热和非稳态电热除冰程序的准确性。针对某飞行工况进行了电热除冰计算,通过对表面溢流水、表面温度、结冰量的计算结果分析,发现合理布局加热片、设计加热热流密度和电热除冰控制率,可实现电热除冰系统的安全运行和能源的高效利用。 展开更多
关键词 电热除冰 溢流水相变 非稳态导热 电热控制率 风雷(phenglei)
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交互式棱柱网格生成方法 被引量:4
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作者 孙岩 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第2期247-254,共8页
针对流动数值模拟中边界层区域棱柱网格生成与修改困难的问题,提出一种基于物面边界约束的交互式棱柱网格生成方法.该方法交互生成物面边界点的空间推进面网格;将边界点空间推进面网格的每层网格点看成边界网格点运动得到,计算对应的边... 针对流动数值模拟中边界层区域棱柱网格生成与修改困难的问题,提出一种基于物面边界约束的交互式棱柱网格生成方法.该方法交互生成物面边界点的空间推进面网格;将边界点空间推进面网格的每层网格点看成边界网格点运动得到,计算对应的边界网格点位移;利用径向基函数插值将边界网格点位移光滑传递给内部网格点,获得内部网格点的空间推进网格;建立所有网格点之间的连接关系,构造棱柱网格单元.基于V型槽、飞机机头等外形对文中方法进行测试,并对该方法存在的一些问题进行了讨论;利用该方法生成一个大展弦比翼身组合体模型的棱柱/四面体混合计算网格,并在PHENGLEI计算平台上进行了数值模拟,结果表明,该方法能够生成高质量的粘性棱柱网格. 展开更多
关键词 交互式 棱柱网格生成 边界约束 径向基函数 phenglei
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国家数值风洞(NNW)通用软件同构混合求解器设计 被引量:8
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作者 陈坚强 马燕凯 +3 位作者 闵耀兵 赵钟 何先耀 何琨 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2020年第6期1103-1110,1102,I0002,共10页
针对未来复杂计算流体力学模拟的需求,在国家数值风洞“风雷(PHengLEI)”软件中,针对流场求解器设计了区域混合计算策略,即在不同类型的网格上运行不同的求解器,实现区域混合模拟,采用典型算例进行了验证。与传统多求解器松耦合的“异... 针对未来复杂计算流体力学模拟的需求,在国家数值风洞“风雷(PHengLEI)”软件中,针对流场求解器设计了区域混合计算策略,即在不同类型的网格上运行不同的求解器,实现区域混合模拟,采用典型算例进行了验证。与传统多求解器松耦合的“异构”模式不同,风雷软件中设计了“同构”模式的混合求解器。“同构”模式的混合求解器基本思想是:计算域由不同类型网格组成,在不同类型的网格上可运行不同类型的求解器,不同求解器之间在交界面通过数据底层交换信息,其特点是“紧耦合”。区域混合计算能够充分发挥不同类型网格、不同求解器的优点,未来也可以在不同的网格区域上加载不同学科的求解器,是面向未来多学科、多方法、多区域紧耦合模拟的关键技术。作为一种典型的混合求解方案,结构/非结构混合求解时,在结构网格上运行二阶/高阶精度结构求解器,在非结构网格上运行二阶精度非结构求解器,以实现在关键流动区域采用高质量网格、高精度方法的工程实用化目的。首先介绍混合计算所涉及的域、交界面等基本概念,然后设计混合计算所需的数据结构,以及混合计算策略。最后,通过高超声速圆柱绕流和双椭球绕流两个案例,在结构网格上运行二阶或WCNS高阶精度求解器,在非结构网格上运行二阶精度非结构求解器,验证“同构”混合计算的可行性和有效性。 展开更多
关键词 国家数值风洞 风雷软件 计算流体力学软件 混合计算
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湍流模拟壁面距离MPI/OpenMP混合并行计算方法 被引量:5
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作者 赵钟 何磊 +2 位作者 张健 徐庆新 张来平 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2019年第6期883-892,共10页
针对计算流体力学在湍流数值模拟过程中壁面距离计算效率不高的问题,设计了一种基于ADT数据结构搜索的MPI/OpenMP混合并行计算方法,以大幅提高大规模网格壁面距离的计算效率,降低因内存消耗而对网格规模的限制。首先分析了壁面距离计算... 针对计算流体力学在湍流数值模拟过程中壁面距离计算效率不高的问题,设计了一种基于ADT数据结构搜索的MPI/OpenMP混合并行计算方法,以大幅提高大规模网格壁面距离的计算效率,降低因内存消耗而对网格规模的限制。首先分析了壁面距离计算精度对湍流模拟的重要性,介绍了壁面距离计算的几何基础。随后基于区域分解思想,将计算域划分为不同的子分区,服务器进程收集全局壁面面元网格信息后发送给其他所有进程,各进程根据全局壁面信息,基于ADT数据结构搜索其网格分区内的单元,精确计算壁面距离。为了解决全局壁面信息内存过大的问题,采用MPI/OpenMP混合并行算法,使得各计算节点中仅有一个或少数几个壁面信息备份,这些壁面信息备份被节点内的其他各进程所共享。最后采用大规模网格进行了壁面距离计算测试,网格规模最大达到33.2亿,结果表明,该方法的计算精度和直接搜索法一致,内存耗费下降70%,计算时间减少约1个量级,能满足大规模CFD数值模拟的需求。 展开更多
关键词 湍流壁面距离 ADT搜索 大规模并行计算 风雷软件
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国家数值风洞(NNW)软件自动化集成与测试平台设计与研发 被引量:8
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作者 何磊 郭勇颜 +2 位作者 曾志春 赖相成 赵钟 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2020年第6期1158-1164,I0004,共8页
针对“国家数值风洞”(National Numerical Windtunnel,NNW)工程大型通用“风雷”(Platform for Hybrid engineering simulation of flows,PHengLEI)CFD软件研制的需求,为了提升CFD软件的开发效率,设计与开发了NNW-PHengLEI软件持续集... 针对“国家数值风洞”(National Numerical Windtunnel,NNW)工程大型通用“风雷”(Platform for Hybrid engineering simulation of flows,PHengLEI)CFD软件研制的需求,为了提升CFD软件的开发效率,设计与开发了NNW-PHengLEI软件持续集成与测试平台。该平台包含自动化测试、自动化持续集成和代码管理等部分,将现代软件工程中先进的开发模式引入到大型CFD软件开发中来,并结合CFD软件开发的特点,构建了软件开发环境,来促进CFD软件的发展。本文首先介绍了平台的基本框架和总体设计思路,阐述了在PHengLEI软件开发过程中,基于CFD软件开发的特点而设计形成的自动化持续集成方案和更加完善的自动化测试体系,然后给出了自动化测试平台和自动化持续集成在大型CFD软件开发中的应用效果,最后对平台构建的后续工作进行了展望。 展开更多
关键词 自动化测试 自动化持续集成 CFD软件开发 代码管理 风雷软件
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非结构有限体积CFD计算的网格重排序优化 被引量:1
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作者 张勇 张曦 +3 位作者 万云博 何先耀 赵钟 卢宇彤 《计算机工程与科学》 CSCD 北大核心 2022年第10期1721-1729,共9页
网格重排序是提升流体力学CPU和GPU并行计算效率的重要手段之一。对于非结构网格,由于其数据存储无规律,数据的间接访问会导致访存延迟,尤其是在GPU并行计算时,数据的间接访问将引起内存的非对齐访问,放大了访存延迟的影响。对此,采用Re... 网格重排序是提升流体力学CPU和GPU并行计算效率的重要手段之一。对于非结构网格,由于其数据存储无规律,数据的间接访问会导致访存延迟,尤其是在GPU并行计算时,数据的间接访问将引起内存的非对齐访问,放大了访存延迟的影响。对此,采用Reverse Cuthill-Mckee网格重排序方法优化了非结构网格的数据局部性,并设计了一种面向编号重排序方法。算例测试表明,网格重排序不影响最终计算结果。对比分析了网格重排序对非结构求解器在CPU和GPU上的性能影响:对CPU计算,可以使部分热点函数运行时间降低约20%,整体运行时间降低15%~20%;对GPU计算,大部分热点函数运行时间可降低35%~60%,程序整体运行时间降低约40%。 展开更多
关键词 非结构网格 网格重排序 GPU并行计算 计算流体力学 风雷软件
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基于风雷软件的可压缩气固颗粒两相流计算 被引量:1
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作者 雷颖昊南 雷三惠 +1 位作者 张生浩 王萍 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第12期37-47,共11页
为了实现流体颗粒的双向耦合,在国家数值风洞风雷软件开源框架中设计开发了基于点力模型的紧耦合颗粒求解器,同时在流体求解器部分增加了颗粒源项,并在此基础上分析了可压缩流动中的颗粒调制规律。首先,主要介绍了颗粒求解器中涉及的颗... 为了实现流体颗粒的双向耦合,在国家数值风洞风雷软件开源框架中设计开发了基于点力模型的紧耦合颗粒求解器,同时在流体求解器部分增加了颗粒源项,并在此基础上分析了可压缩流动中的颗粒调制规律。首先,主要介绍了颗粒求解器中涉及的颗粒受力模型、求解方法、边界条件、流动信息插值方法等。其次,基于对经典泊肃叶流动中颗粒运动轨迹、平板边界层中颗粒运动及其对流动影响的算例文献和理论,对所开发代码进行了检验,结果证明了颗粒求解器对两相流模拟的能力。最后,开展可压缩平板层流边界层中颗粒-流动相互作用的初步研究,发现在模拟的参数条件下,颗粒的存在将增加边界层摩阻和热流,降低边界层厚度,颗粒本身沿程逐渐向壁面累积。 展开更多
关键词 两相流 国家数值风洞 风雷软件 超声速 层流 边界层
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