[发明专利]一种双时间步方法下的直升机流场重叠混合网格并行方法

说明书

本发明公开了一种双时间步方法下的直升机流场非结构重叠网格并行方法，面向于大规模直升机非定常流场的数值模拟求解。本发明在非结构重叠网格方法中利用区域分解方法，将直升机流场非结构重叠网格划分为若干块以N:M映射关系分配给若干进程；使用虚边界技术保证并行方法的最终收敛；使用虚边界收缩技术减少通信量；最后采用通信计算重叠的方式，重叠其每次物理迭代过程中的网格生成时间，减少并行化的同步等待时间；本发明在进行双时间步方法下的直升机流场非结构重叠网格方法时，兼顾通信和计算时间，提高并行加速比。

技术领域

本发明涉及一种直升机流场重叠混合网格并行方法，更具体的说，本发明涉及一种在双时间步方法下，针对大规模直升机流场模拟计算重叠通信时间和计算时间的重叠混合网格并行方法。

背景技术

随着航空航天行业的发展，空气动力学领域非定常流数值方法的得到不断发展，各应用场景对数值方法的求解规模和求解速度提出了更高的要求。双时间步方法通过在物理时间步上引入虚拟时间步提高计算效率。而非结构重叠网格方法在复杂外形的流场计算问题中可以降低网格生成，并提高了网格生成的灵活性，保证原始网格的质量。这两种方法在解决多体间非定常流问题中得到广泛应用。隐式求解问题在区域分解并行化的过程中会引入误差。因此并行方法的并行加速比和误差决定了隐式求解并行方法的效率和质量。

目前已经存在一些对重叠混合网格方法的并行方法。这些方法通常是对结构重叠网格方法的并行化，或者在物理时间步由单进程进行网格生成存在同步等待时间。然而，在当前的空气动力学领域存在以下现状：网格模型复杂，不可避免引入非结构重叠网格方法以降低复杂网格生成难度；网格规模巨大，同步等待时间会大量增加，大大降低并行方法的整体并行加速比。

因而针对目前双时间步方法和非结构重叠网格方法的特点，有必要发明一种在双时间步方法下兼顾通信和计算时间的直升机流场重叠网格并行方法。

发明内容

本发明的目的在于克服目前直升机非定常流场数值模拟中网格规模巨大，模型复杂而导致的计算效率低的缺点，提供了一种双时间步方法下的非结构重叠网格并行方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案步骤如下：

一种双时间步方法下的直升机流场重叠混合网格并行方法，利用重叠通信和计算时间，并缩减虚边界规模，从而提高并行加速比，该方法采用以下步骤实现：

步骤1：管理进程利用多层分割技术，将多套存在重叠网格关系的网格独立进行区域分解，得到若干块。

步骤2：管理进程建立块内网格单元的相邻联系，确定各块的边界单元，将块按照N:M的映射关系发送给各计算进程。

步骤3：各计算进程根据所拥有的块，将块的边界单元转发到对应的计算进程，接收对应计算进程的虚边界单元，建立起各块的虚边界。

步骤4：重叠计算与通信时间：各计算进程同时进行虚拟时间步迭代和内迭代插值，管理进程进行主体为动态网格生成的物理时间步迭代。

步骤5：管理进程将生成的插值关系发送给各计算进程。各计算进程更新网格物理信息，进行外迭代插值，接收下一次迭代的插值关系。

步骤6：执行步骤3，直到数值求解结果收敛。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明能够使用虚边界收缩方法，可以将二阶空间离散格式的两层虚边界收缩到一层虚边界，减少虚边界网格单元数量，从而使得各块间进行数据同步的通信量减少，最终起到提高并行加速比的效果。

2、本发明将直升机流场非结构重叠网格方法进行网格生成的时间同计算进程进行虚拟时间步迭代计算的时间重叠起来，使完全串行的任务处理流程变成部分并行的任务处理流程，从而使得等待网格生成的时间减少，最终起到提高并行加速比的效果。