流體力學(xué)專業(yè)畢業(yè)論文 [精品論文] n-s方程并行算法研究及在彈箭流場(chǎng)中的應(yīng)用

1、流體力學(xué)專業(yè)畢業(yè)論文流體力學(xué)專業(yè)畢業(yè)論文[精品論文精品論文]NSNS方程并行算法研究及在方程并行算法研究及在彈箭流場(chǎng)中的應(yīng)用彈箭流場(chǎng)中的應(yīng)用關(guān)鍵詞：湍流模型關(guān)鍵詞：湍流模型并行計(jì)算并行計(jì)算彈箭流場(chǎng)彈箭流場(chǎng)計(jì)算流體力學(xué)計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值模擬數(shù)值模擬摘要：隨著計(jì)算流體力學(xué)(CFD)的飛速發(fā)展，數(shù)值模擬已在工程實(shí)際中發(fā)揮越來越大的作用，但對(duì)于復(fù)雜外形粘性流動(dòng)的數(shù)值計(jì)算往往需要很高的計(jì)算內(nèi)存和速度，僅僅通過提高單機(jī)性能和串行計(jì)算技術(shù)已難以勝任三維

2、復(fù)雜流場(chǎng)的數(shù)值模擬，并行計(jì)算已成為唯一能大幅提高計(jì)算效率的手段，是目前CFD技術(shù)的潮流和趨勢(shì)。因此開展粘性流動(dòng)的并行計(jì)算具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本文主要目的是基于CLUSTER集群并行體系結(jié)構(gòu)和消息傳遞庫MPI并行環(huán)境研究NavierStokes方程并行算法，致力于發(fā)展一套適用于復(fù)雜粘性流場(chǎng)模擬的通用并行計(jì)算軟件。其主要研究內(nèi)容包括以下幾方面：首先，討論了粘性結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的生成方法。為滿足復(fù)雜粘性流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算，本文采用分塊對(duì)接方法生成全流場(chǎng)的

3、粘性網(wǎng)格。文中詳細(xì)討論了不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法及各種混合類型網(wǎng)格的生成思想，同時(shí)給出了典型外形粘性網(wǎng)格示例。其次，對(duì)可壓縮NS方程串行算法進(jìn)行了研究?？臻g離散采用有限體積方法，對(duì)流通量項(xiàng)采用VanLeerAUSM耦合的通量分裂格式，粘性項(xiàng)采用中心格式，時(shí)間積分采用五步RungeKutta法，并利用當(dāng)?shù)貢r(shí)間步長加速解的收斂。在計(jì)算紊流流動(dòng)時(shí)利用SpalartAllmaras一方程模型。接下來，在串行程序基礎(chǔ)上研究了NS方程的并行算法，通過

4、采用物理區(qū)域分割的思想進(jìn)行并行算法的設(shè)計(jì)。在編程上采用單控制流多數(shù)據(jù)流(SPMD)模型，使用CLUSTER集群并行體系結(jié)構(gòu)并采用MPI(MessagePassingInterface)作為數(shù)據(jù)通訊的方式，增強(qiáng)算法的通用性。最后，對(duì)彈箭流場(chǎng)進(jìn)行了并行數(shù)值模擬。通過對(duì)超聲速下某彈丸和某制導(dǎo)火箭彈的粘性繞流模擬，以及與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了并行程序的正確性，數(shù)值實(shí)驗(yàn)同時(shí)表明所設(shè)計(jì)的并行算法可以取得較高的計(jì)算效率。隨著計(jì)算流體力學(xué)(CFD)的飛

5、速發(fā)展，數(shù)值模擬已在工程實(shí)際中發(fā)揮越來越大的作用，但對(duì)于復(fù)雜外形粘性流動(dòng)的數(shù)值計(jì)算往往需要很高的計(jì)算內(nèi)存和速度，僅僅通過提高單機(jī)性能和串行計(jì)算技術(shù)已難以勝任三維復(fù)雜流場(chǎng)的數(shù)值模擬，并行計(jì)算已成為唯一能大幅提高計(jì)算效率的手段，是目前CFD技術(shù)的潮流和趨勢(shì)。因此開展粘性流動(dòng)的并行計(jì)算具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本文主要目的是基于CLUSTER集群并行體系結(jié)構(gòu)和消息傳遞庫MPI并行環(huán)境研究NavierStokes方程并行算法，致力于發(fā)展一套適用于復(fù)雜

6、粘性流場(chǎng)模擬的通用并行計(jì)算軟件。其主要研究內(nèi)容包括以下幾方面：首先，討論了粘性結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的生成方法。為滿足復(fù)雜粘性流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算，本文采用分塊對(duì)接方法生成全流場(chǎng)的粘性網(wǎng)格。文中詳細(xì)討論了不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法及各種混合類型網(wǎng)格的生成思想，同時(shí)給出了典型外形粘性網(wǎng)格示例。其次，對(duì)可壓縮NS方程串行算法進(jìn)行了研究?？臻g離散采用有限體積方法，對(duì)流通量項(xiàng)采用VanLeerAUSM耦合的通量分裂格式，粘性項(xiàng)采用中心格式，時(shí)間積分采用五步RungeK

7、utta法，并利用當(dāng)?shù)貢r(shí)間步長加速解的收斂。在計(jì)算紊流流動(dòng)時(shí)利用SpalartAllmaras一方程模型。接下來，在串行程序基礎(chǔ)上研究了NS方程的并行算法，通過采用物理區(qū)域分割的思想進(jìn)行并行算法的設(shè)計(jì)。在編程上采用單控制流多數(shù)據(jù)流(SPMD)模型，使用CLUSTER集群并行體系結(jié)構(gòu)并采用MPI(MessagePassingInterface)作為數(shù)據(jù)通訊的方式，增強(qiáng)算法的通用性。最后，對(duì)彈箭流場(chǎng)進(jìn)行了并行數(shù)值模擬。通過對(duì)超聲速下某彈丸和

8、某制導(dǎo)火箭彈的粘性繞流模擬，以及與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了并行程序的正確性，數(shù)值實(shí)驗(yàn)同時(shí)表明所設(shè)計(jì)的并行算法可以取得較高的計(jì)算效率。隨著計(jì)算流體力學(xué)(CFD)的飛速發(fā)展，數(shù)值模擬已在工程實(shí)際中發(fā)揮越來越大的作用，但對(duì)于復(fù)雜外形粘性流動(dòng)的數(shù)值計(jì)算往往需要很高的計(jì)算內(nèi)存和速度，僅僅通過提高單機(jī)性能和串行計(jì)算技術(shù)已難以勝任三維復(fù)雜流場(chǎng)的數(shù)值模擬，并行計(jì)算已成為唯一能大幅提高計(jì)算效率的手段，是目前CFD技術(shù)的潮流和趨勢(shì)。因此開展粘性流動(dòng)的并行計(jì)算

9、具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本文主要目的是基于CLUSTER集群并行體系結(jié)構(gòu)和消息傳遞庫MPI并行環(huán)境研究NavierStokes方程并行算法，致力于發(fā)展一套適用于復(fù)雜粘性流場(chǎng)模擬的通用并行計(jì)算軟件。其主要研究內(nèi)容包括以下幾方面：首先，討論了粘性結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的生成方法。為滿足復(fù)雜粘性流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算，本文采用分塊對(duì)接方法生成全流場(chǎng)的粘性網(wǎng)格。文中詳細(xì)討論了不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法及各種混合類型網(wǎng)格的生成思想，同時(shí)給出了典型外形粘性網(wǎng)格示例。其次，對(duì)可壓

10、縮NS方程串行算法進(jìn)行了研究?？臻g離散采用有限體積方法，對(duì)流通量項(xiàng)采用VanLeerAUSM耦合的通量分裂格式，粘性項(xiàng)采用中心格式，時(shí)間積分采用五步RungeKutta法，并利用當(dāng)?shù)貢r(shí)間步長加速解的收斂。在計(jì)算紊流流動(dòng)時(shí)利用SpalartAllmaras一方程模型。接下來，在串行程序基礎(chǔ)上研究了NS方程的并行算法，通過采用物理區(qū)域分割的思想進(jìn)行并行算法的設(shè)計(jì)。在編程上采用單控制流多數(shù)據(jù)流(SPMD)模型，使用CLUSTER集群并行體系結(jié)