N-S方程并行算法研究及在彈箭流場中的應用.pdf

1、隨著計算流體力學(CFD)的飛速發(fā)展，數(shù)值模擬已在工程實際中發(fā)揮越來越大的作用，但對于復雜外形粘性流動的數(shù)值計算往往需要很高的計算內(nèi)存和速度，僅僅通過提高單機性能和串行計算技術已難以勝任三維復雜流場的數(shù)值模擬，并行計算已成為唯一能大幅提高計算效率的手段，是目前CFD技術的潮流和趨勢。因此開展粘性流動的并行計算具有重要的應用價值。本文主要目的是基于CLUSTER集群并行體系結構和消息傳遞庫MPI并行環(huán)境研究Navier-Stokes方程并

2、行算法，致力于發(fā)展一套適用于復雜粘性流場模擬的通用并行計算軟件。其主要研究內(nèi)容包括以下幾方面： 首先，討論了粘性結構網(wǎng)格的生成方法。為滿足復雜粘性流場的數(shù)值計算，本文采用分塊對接方法生成全流場的粘性網(wǎng)格。文中詳細討論了不同拓撲結構的設計方法及各種混合類型網(wǎng)格的生成思想，同時給出了典型外形粘性網(wǎng)格示例。 其次，對可壓縮N-S方程串行算法進行了研究。空間離散采用有限體積方法，對流通量項采用Van Leer+AUSM耦合的通量

3、分裂格式，粘性項采用中心格式，時間積分采用五步Runge-Kutta法，并利用當?shù)貢r間步長加速解的收斂。在計算紊流流動時利用Spalart-Allmaras一方程模型。 接下來，在串行程序基礎上研究了N-S方程的并行算法，通過采用物理區(qū)域分割的思想進行并行算法的設計。在編程上采用單控制流多數(shù)據(jù)流(SPMD)模型，使用CLUSTER集群并行體系結構并采用MPI(Message Passing Interface)作為數(shù)據(jù)通訊的方式