文档介绍：2005 Fluent 中国用户大会论文集
FLUENT 软件的多重网格并行算法及其性能
余江洪 1,朱宗柏 1,2,肖金生 1,3
(1 武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室,2 现代教育技术中心,3 汽车工程学院,湖北 430070)
摘要:FLUENT 软件是目前国际上比较流行的通用 CFD 软件包,用于模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的
复杂流动,对大规模问题可用并行多重网格方法进行求解。为了找出 FLUENT 软件的最佳解题规模和并行粒度,
以期最大限度地发挥软件和硬件的效能,对 FLUENT 软件采用的多重网格方法和区域分裂法进行了理论分析,
通过反复实验,重点讨论了在并行求解过程中,采用不同的多重网格循环方法、区域网格分裂方法、解题的
规模和计算节点数对并行性能的影响。FLUENT 软件有良好的并行性能,PEM Fuel Cell 模块可以进一步优化,
还有很大的升级空间。
关键词:燃料电池;多重网格;区域分裂;并行计算;FLUENT
FLUENT 软件是一种 putational Fluid Dynamics)求解器,它可以求解各种复杂
流动,包括不可压缩流动(低亚音速)、弱可压流动(跨音速)和强压缩性问题(超音速)。1由
于 FLUENT 软件有多种求解方法的选择,并且提供了多重网格方法来加快收敛速度,同时可
以进行并行计算,因此它可以为速度范围很广的流动问题提供高效准确的最优求解方案。本
文介绍了 FLUENT 软件的多重网格及并行算法,并测试、分析了其并行性能。
1 FLUENT 软件中的多重网格方法
多重网格方法(MGM:MultiGrid Method)是一种高效的串行数值计算方法。其基本思想是,
利用粗网格上的残差校正特性消除迭代误差的低频分量(长波分量,即光滑误差),同时利用
细网格上的松驰光滑特性消除迭代误差的高频部分(短波分量,即振荡误差),套迭代技术负
责通过限制和插值算子连接所有网格层共同求解同一问题[1][2][3][4]。
多重网格循环可以定义为在每一个网格层面通过网格层次时在网格层面内应用的递归程
序,该程序通过在当前层面完成单一网格循环来扩展到下一个粗糙网格层面。FLUENT 软件
中有四种多重网格循环:V、W、F 以及灵活("Flexible")循环。V 和 W 循环可以用在代数多重
网格(AMG:Algebraic MultiGrid)和全近似存储(FAS:Full-Approximation Storage)多重网
格中,F 和灵活循环只限用于 AMG 方法。
V 循环如图 1(a)所示,它包括:
预松弛(β1)→限制→V 循环→插值→后松弛(β3)
W 循环如图 1(b)所示,它包括:
预松弛(β1)→限制→W 循环→W 循环→插值→后松弛(β3)
F 循环则是用 W 循环之后进行 V 循环来构成:
余江洪(1977- ),男,湖北潜江人,武汉理工大学材料科学与工程学院硕士研究生湖北省自然科学基金项
目(2003ABA088), 教育部博士点基金项目(20030497012)资助。
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2005 Fluent 中国用户大会论文集
预松弛(β1)→限制→W