文档介绍：海大学硕「学位论文

摘要
应用研究汽车外流场,开发时间短,所用经费少,而且可以方便灵活
的改变初始条件或者边界条件等,还可以获得流场中任意一点处的详细情况,因
此应用已经成为发展的必然。
流场的计算是一个反复迭代的过程,有计算量大,精度要求高,耗时较长的
特点。而并行技术的引入为降低内存需要,减少计算时间,提高计算精度提供了
可能的途径,因此,本文应用商业软件实现了流场计算的并行化,并且对
于并行计算的结果进行数据分析,计算出并行的加速比和计算效率。
首先,本文分别论述了汽车外流场的数值模拟以及并行计算的发展现状和必
要性,介绍了软件,阐明了并行计算流体力学和商业软件的并行原理及其
发展方向。
其次,本文介绍了使用商业软件进行数值模拟以及并行计算的整个过
程。先是对于汽车运动时外界的气流流动形成的流场,建立了模拟计算的数学模
型,确定边界条件,并且进行了网格剖分,为了有大量的数据支持,本文对同一
个问题划分了六组不同的网格数目,并对其进行计算比较。鉴于细分网格导致数
值模拟计算量大,耗时较长,所以本文在课题组自己组建的上进行并行计
算,分别对六组不同的网格数进行并行计算,得到大量的数据显示,并行计算大
大缩短了计算时间。
软件自带有很多种分区方法,本文选择两种分区方法进行比较。对并
行计算结果评测有加速比、效率和可扩放性评测标准,本文详细介绍了这几种标
准,并且针对加速比和效率方面对本文计算的问题进行了评测。
最后,提出了本文研究的不足和进一步研究的方向。
关键词汽车外流场数值模拟并行计算加速比分析
上海大学硕十学位论文

一
上海大学硕士学位论文

第章绪论
,计算流体力学
任何流体运动的规律都是由以下个定律为基础的质量守恒定律、动量守
恒定律和能量守恒定律。这些基本定律可由数学方程组来描述,如,欧拉
方程和方程。采用数值计算方法,通过计算机求解这些数学方程,研究流
体运动特性,给出流体运动空间的定常或非定常流动规律,这样的学科就是计算
流体力学。
算流体力学是一门用数值计算方
法求解流动方程以发现各种流动现象规律的学科,它的解是对微分方程精解的近
似。它综合了计算数学、计算机科学、流体力学、科学可视化等多种学科。广义
的包括计算水动力学、计算空气动力学、计算燃烧学、计算传热学、计算
化学反应流动、数值天气预报等。
自二十世纪六十年代以来技术得到飞速发展,其原动力是不断增长的
工业需求,而航空航天工业自始至终是最强大的推动力。传统飞行器设计方法试
验昂贵、费时,所获信息有限,迫使人们需要用先进的计算机模拟手段指导设计,
大量减少原型机试验,缩短研发周期,节约研究经费。四十年来,在湍流
模型、网格技术、数值算法、可视化、并行计算等方面取得飞速发展,并给工业
界带来了革命性的变化。如在汽车工业中,和其它计算机辅助工程
工具一起,使原来新车研发需要上百辆样车减少为目前的十几辆车国外飞机厂
商用取代大量实物试验,如美国战斗机采用进行气动设计后比
前一代减少了的风洞试验量。目前在航空、航天、汽车等工业领域,
利用进行的反复设计、分析、优化己成为标准的必经步骤和手段「
数值模拟
所谓模拟也称仿真,是指不直接研究现象或过程本身,而是用这些现象
或过程相似的模型来进行研究的一种方法。模拟手段可分为物理模拟与数学模拟
两类。
物理模拟是指在不同规模上再现某个现象,分析其物理特性和线性尺度的影
响,可对所研究的过程进行直接实验。物理模拟多在按相似准则构成的实验室设
备或中间实验设备上进行,即所谓相似模拟。
学模拟是指用数学模型来使得现象或过程再现。因此,从广义上讲,表达
上海大学顿士学位论文

现象中的部分或全部的基本方程和表示自然规律的数学模型等都是数学模拟。从
狭义上讲,数学模拟主要是指数字模拟,即把所研究的现象用数学模型表示出来,
然后在数字计算机上对模型进行数值实验
汽车外流场的数值模拟
在传统的汽车空气动力学研究中,大多采用风洞实测的方法,但是其巨大的
耗资对财力、规模要求甚高,在一般经济条件下根本无法进行。随着计算机和湍
流理论的发展,从而把原来只能在风洞中进行的试验转化到计算机上来。与试验
研究相比较,开发时间短,所用的经费少。应用研究汽车外流场,在
某种意义上比理论和试验对流体的运动过程认识的更为深刻,更为细致,不仅可
以了解气流运动的结果,而且可以了解整体与局部的细致过程,能