[发明专利]飞行器气动特性并行模拟中动态计算域的负载平衡方法

说明书

本发明涉及一种飞行器气动特性并行模拟中动态计算域的负载平衡方法，包括以下步骤：数据输入；计算负载比；判断是否负载平衡；计算线程的期望单元数和单元数容差；选择网格剖分方法；若选择结构剖分法，则网格子块结构化剖分，均分网格子块至线程，输出结果；若选择割补剖分法，则极小网格子块合并，循环选定割补线程对、判断是否可割补网格子块、割补网格子块等三个步骤直至负载比低于负载平衡阈值或割补线程对的移动单元数少于单元数容差，输出结果。针对扰动区域更新方法并行化中动态计算域须动态负载平衡的问题，该方法通过高效动态调整各并行线程（进程）所需求解的网格区域，实现飞行器气动特性并行模拟中动态计算域的负载平衡。

技术领域

本发明属于计算流体力学技术领域,涉及一种飞行器气动特性并行模拟中动态计算域的负载平衡方法。

背景技术

现代飞行器的研发已普遍采用计算流体力学数值模拟的方法对飞行器设计方案的气动特性进行预测与验证，整个研发过程中需要开展大量计算，且模拟真实飞行器的网格量往往可达上千万甚至上亿。因此，不断提升飞行器气动特性模拟计算的计算效率具有重要的工程应用价值。

为避免传统数值模拟方法中的无效计算，发明专利ZL201810250654.8提供了一种“扰动区域更新方法”的加速计算方法，该发明采用了随扰动传播增大、随求解收敛缩小的动态计算域，仅对未收敛受扰单元求解，从而降低了单步计算量与总迭代步数，使数值模拟计算效率显著提升。

当该加速计算方法与飞行器气动特性模拟的另一重要加速方法—并行方法—相结合时，产生了动态计算域须动态、实时均分给并行线程（进程）的新问题，即需要实时保持并行线程（进程）的负载平衡。由于动态计算域在整个求解过程中始终保持变化，若仍采用常规的静态网格分区方式，则可能会因为并行线程的负载不均衡而使“扰动区域更新方法”的加速效果大大折扣。因此，需要解决并行模拟中的动态计算域的负载平衡的技术问题，从而在“扰动区域更新方法”中加入动态负载平衡模块进一步提升其并行模拟的计算效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种飞行器气动特性并行模拟中动态计算域的负载平衡方法，包括以下步骤：

S1：数据输入；

S2：计算负载比；

S3：判断是否负载平衡——若负载比低于负载比平衡阈值则代表负载平衡，跳转至步骤S8；若负载比高于负载比平衡阈值则代表负载不平衡，继续步骤S4；

S4：计算线程的期望单元数和单元数容差；

S5：选择网格剖分方法——根据迭代步数与负载比选择网格剖分方法；网格剖分方法包括结构剖分方法与割补剖分方法；若选择结构剖分法，则继续步骤S6；若选择割补剖分法，则跳转至步骤S9；

S6：网格子块结构化剖分——遍历所有网格块，利用结构剖分法按期望单元数与单元数容差将网格块剖分为网格子块；

S7：将网格子块均分至线程——将步骤S6所得网格子块按期望单元数均分至各线程；

S8：负载平衡，输出结果，结束；

S9：极小网格子块合并——遍历所有网格子块，将等效单元数少于单元数容差的网格子块与其相邻子块合并；

S10：选定割补线程对——搜索负载最低、最高的线程，确定线程间需移动的网格单元数；

S11：判断是否可割补网格子块——若线程间需移动的网格单元数少于单元数容差，则跳转至步骤S8；否则，继续步骤S12；

S12：割补网格子块——从负载最高线程向负载最低线程移动网格子块；

S13：若所有线程满足负载平衡条件或移动单元数少于单元数容差，则跳转至步骤S8；若负载比仍高于负载比平衡阈值，则跳转至步骤S10。