并行计算在高超声速流场数值模拟中的应用.doc

CN43—1258/TP计算机工程与科学2009年第31卷第A1期ISSN1007—PUTERENGINEERING&。2009I_l__●●_●_■————IIIIIlIIlll_I-_●l文章编号:1007—130X(2009)A1-0253—umericalSimulation潘沙。范晓樯。李晓字,丁国昊。冯定华。李桦PANSha。FANXiao-qiang,LIXiao-yu。DINGGno-hao。FENGDing-hua。LIHua(国防科技大学航天与材料工程学院,湖南长沙410073)(SchoolofAerospace&MaterialEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology。Changsha410073IChina)摘要:采用计算流体力学方法,时高超声速流场进行了多区并行计算研究。基于MPI消息传递库采用Fortran语言编制了CFD并行计算程序,对NS方程采用AUSMPW+格式和LU-SGS方法求解。针对流场采用多区割分,将每一个子区分配给相应节点进行计算。每一速代步,相邻子区域间交换边界数据。计算表明,本文所建立的程序和方法是可行的,能够进一步延伸到大规模并行计算和工程应用中。Abstract:+schemeandLU--domain,everyCPUcalcu—latesthecorrespondingsub--putationeveryitera—,:并行计算;计算流体力学;高超声速;数值模拟KeywOldS:putation;CFD;hypersonic;numericalsimulationdoi:.1007—::A产生的“虚拟飞行巩21。1引言从早期的简化外形(平板、圆柱)的计算,到诸如航天飞机这样的复杂外形的全机整体外形计算,putationalFluidDynamics,简称不断更新、扩展和深化,研究的问题越来越复杂,CFD的计CFD)形成于20世纪60年代,它是利用计算机和数值方法算能力越来越强大,对高性能计算的需求越来越迫切,计算求解流体动力学方程以获得流动规律和解决流动问题的专门学科[1]。CFD一出现就得到了迅速发展,在航空、航天、性能需要达到每秒百亿、千亿、甚至上万亿次级运算能力。受元器件及工艺水平的极限限制,单处理器仍然无法武器装备、气象、能源等多个领域取得了广泛应用。随着数值计算方法的不断进步以及计算机和计算技术满足大规模的流场计算,通过多处理器并行计算是解决大的迅速发展,CFD在航空航天领域的作用和优势越来越明规模计算量的有效方法。CFD并行计算是通过对流场进显,现在已成为与理论分析和风洞实验相并列的三种主要行区域分解,将整个流场划分多个子区域,将每个子区域分研究手段之一,在气动特性分析和优化设计中发挥越来越配到节点上计算,每一步计算完成后,根据拓朴关系,相邻重要的作用。在2l世纪,伴随着计算机和CFD技术的进子区域间交换数据,直至计算收敛。一步发展,CFD将给气动设计带来一场革命。未来飞行器本文主要对高超声速流场开展了多区并行计算和研性能的确定,将依赖于在“虚拟风洞(即CFD)”数据基础上究。・收稿日期:2009-07-13;修订日期:2009-09-10基金项目:国防科技大学科研项日(JC07—01—01);国防科技大学高性能计算软件研制项目作者简介:潘沙(1976一),男,山东济南人,博士生,研究万向为计算流体力学和高超声速空气动力学。通讯地址:410073湖南省长沙市国防科技大学航天与材料工程学院101教研室;Tel:**********;E-mail:******@mS/LeomAddress:SchoolofAerospaceb-MaterialEr曲eering,NationalUniversityofDdmseTechnology,Changsha,Hunan410073,-Stokes方程组,该方程组相当精确的描述了自然界和工程中经常遇到的许许多多流动现象,在适当给定初、边值条件下,采