二维含动边界流场的并行计算

将并行计算方法应用于含运动边界流场的数值模拟,采用弹簧方法生成非结构运动网格.并行程序结构采用主从模式,主进程只负责数据的发送和接收,每个从进程的计算任务对应一个子区域.通过守恒型ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)方程的求解,对NACA0012翼型振动问题进行了数值模拟,并对不同分区数目情况下的计算时间、并行计算加速比和并行计算效率进行了比较.算例结果表明,随着分区数的增加,进行计算CPU的效率先增加后下降,而并行计算的加速比不断增加.     

基于多块同位网格对管路流场的分区并行计算

在基于多块同位网格和集群以突扩管路系统内部流场为算例开展的分区并行计算研究中,利用SIMPLE算法实施了可自定义分区的并行计算方法,分析了不同雷诺数和突扩比对突扩管内流动结构的影响,重点探讨了基于自定义分区的不同分区方式及核数工况下集群的并行计算效率,进一步分析负载对计算效率的影响.结果表明,网格数、核数和分区方式对集群的计算效率都有很大的影响,并且每个分区所包含的网格数越均匀即负载越均衡,并行计算效率越高.     

储液容器跌落碰撞的并行仿真计算研究

基于多物质的ALE有限元法,应用通用动力学软件LS—DYNA完成了空投柔性储液容器跌落碰撞过程的数值仿真计算．容器采用Lagrangian描述,溶液采用ALE描述,容器与溶液间的耦合作用及容器与地面的碰撞接触均采用罚函数法得以实现．在分析空投容器力学行为的同时,对该问题计算的并行性进行了讨论．针对储液容器跌落碰撞过程中,即存在十分耗时的非线性流体与结构耦合计算又具有碰撞接触计算的特点,在递归坐标二分分区方法的基础上,提出了负载均衡的分区策略,通过程序实现该分区过程．结果表明,相对于坐标递归二分分区方法,负载均衡的分区方法使得各分区的负载更加均衡,具有更好的加速比与并行效率．     

基于并行算法的大跨度斜拉桥动态响应分析

建立了大跨度斜拉桥的精细三维有限元模型,其单元数与节点数均超过百万,考虑大跨度斜拉桥的几何非线性影响,采用基于接触均衡的并行计算技术,解决了有限元模型规模庞大的问题.数值模拟了大跨度斜拉桥在恒栽作用下的成桥状态以及在轻轨车辆作用下的动态响应,并比较了不同分区方案对并行加速比的影响.数值模拟结果能够为大跨度斜拉桥设计提供参考依据.     

建筑火灾中基于大涡模拟的场区复合数值模型及其应用

结合大涡模拟技术,采用体积守恒压力修正的区域模型发展了一种新的火灾过程场区模拟程序.采用低Mach数近似下的三维可压缩Navier-Stokes方程,和有限差分法计算了滤波后的控制方程,对着火房间内的烟气运动过程进行有效的模拟.对一个模型多室建筑以及一个真实尺寸多室建筑内的火灾烟气运动过程进行数值模拟,并将模拟结果与实验数据进行对比.结果显示该方法能够较好地描述建筑火灾中的烟气运动规律.其模拟结果能够为建筑消防安全的性能化设计提供参考.     

三维数值流形法覆盖系统并行分区生成算法

三维数值流形方法（three dimensional numerical manifold method,3D-NMM）是岩土工程数值模拟中强大的数值方法之一。但一直存在接触判断困难、计算处理数据量大,效率低等问题。将并行计算技术应用于三维数值流形方法覆盖系统生成可以有效提升其覆盖系统的生成效率。详细研究了并行编程模式下三维数值流形法覆盖系统的生成算法。基于MPI分布式内存编程原理,将分区覆盖生成作为三维数值流形法并行覆盖生成基本思路。先采用规则粗六面体网格覆盖问题域,并利用Metis划分网格形成负载基本均衡的子区域,在原有串行算法的基础上设计了子区域覆盖系统的生成算法。并基于分布式内存存储模式下不同区域间数据传递需求,对本并行算法建立了界面信息传递算法,用以并行计算过程不同区域间中数据交流。最后,使用C++开发了基于布尔运算的三维数值流形单元及覆盖系统并行生成算法。算例表明此并行覆盖系统生成算法可有效提高三维数值流形法覆盖系统的生成效率及其应用规模     

高超声速热化学非平衡绕流分布式并行计算

讨论了非结构网格高超声速热化学非平衡绕流流场的分布式并行数值模拟方法．流动控制方程为多组分Navier-Stokes方程,化学反应模型为考虑了弱电离效应的七组元空气反应模型及双温模型．控制方程的空间离散采用Jameson有限体积法,时间推进为显式5步Runge—Kutta法．采用基于区域分裂的分布式并行计算方法,对整体计算区域进行了以各子区单元数为负载均衡条件的划分．使用PVM并行机制在PCs—Cluster机群上对二维钝头体高超声速热化学非平衡绕流进行了分布式并行计算,得到了与串行计算及文献相符合的计算结果．     

一种基于负载代价的MapReduce等值连接优化算法

MapReduce并行计算模型在大规模分布式数据处理中应用广泛,但该模型不能很好地支持连接操作,特别是面对倾斜数据时,原有的分区算法容易造成处理节点间的负载不均衡。针对这一问题,提出一种基于key代价的负载均衡等值连接算法,对Map端中间结果进行采样,根据采样结果计算每一key值的负载代价,并在此基础上,设计一种动态划分函数,对不同的key值按照负载代价均匀划分到各个计算节点,实现了负载均衡。实验结果表明,在同构集群下,提出的算法在负载均衡方面具有较好的效果.     

一种基于Hadoop的并行关联规则算法

在挖掘大型数据库的关联规则时,使用并行计算是必需的.针对传统的并行计算,存在不能处理节点失效,难以处理负载均衡等问题,提出基于Hadoop架构实现并行关联规则计算的设计.理论和实验证明,基于Hadoop的并行关联规则计算,能处理节点失效,并且能做到节点负载均衡.     

生成有限拓扑的负载均衡算法

有限拓扑的数量随规模增大而急剧增长,生成有限拓扑通常采用并行算法,并行计算的负载均衡决定了算法的时间性能.目前,生成有限拓扑的递推算法是最有效的,n元集合的拓扑由n-1元集合的拓扑生成,生成过程由n-1元集合的拓扑长度和拓扑元数决定了计算的时间复杂度.把拓扑长度和拓扑元数大小相近的拓扑放在一起并行计算解决了算法的负载均衡问题.实验表明,负载均衡的加速比有很大提高.     

结合节点计算能力的MapReduce负载均衡方法

MapReduce是大数据计算领域广泛使用的编程模型,默认的Hash分区方法易导致数据倾斜,使各计算节点负载不均衡,影响了整体计算性能并造成了大量集群资源浪费。针对这一问题,提出一种结合节点计算能力的分区方法。通过运行一个独立的抽样作业,利用Reservoir抽样算法抽取待处理数据并统计样本里关键字的位置和频次;根据关键字的统计数据制定分区策略,使各分区负载与节点计算能力达到平衡,同时优化网络开销;以全量数据为输入运行计算作业,并采用已制定的分区策略对中间数据进行分区,得出计算作业的运行结果。实验结果表明,方法使各节点负载更加均衡,可明显提升计算作业执行效率。     

基于并行算法的双层储液容器碰撞冲击响应分析

双层储液容器相比于单层储液容器在抗碰撞冲击方面有着更加良好的性能.采用多物质ALE有限元方法和流-固耦合均衡分区并行计算方法,模拟计算了单/双层储液容器在与地面碰撞冲击时储液容器的动态响应,仿真计算结果为双层储液容器的设计提供了参考依据.最后比较了坐标递归对分和流-固耦合均衡分区两种并行算法对并行效果的影响.结果表明,后者比前者有着更高的加速比和并行效率.     

RTM树脂充模过程的并行计算模拟

引入并行计算方法在集群系统上实现对RTM成型过程的数值模拟,并编写了并行数值模拟软件,模拟二维薄壁构件的RTM工艺的注模过程,得到任意时刻的树脂流动前锋曲线、压力场分布,计算结果与其他研究成果吻合良好.算例结果表明,并行数值模拟方法有效提高了计算效率.     

大空间建筑防火分区的设计方法研究——以厦门机场空运货站为例

根据我国现行建筑防火规范对空运货站进行防火分区设计无法满足其高效便捷的作业空间要求，因此需要探讨大空间建筑防火分区的设计方法．厦门机场空运货站拟采用美国国家防火协会标准“防火分隔带”的方法进行分区，为论证该设计方法的可行性，利用CFAST火灾模拟软件对空运货站从火灾危险性、火灾场景以及烟气流动状态预测等方面进行火灾模拟分析，研究结果表明采用“防火分隔带”对大空间建筑进行防火分区能够满足其防火功能要求．     

施工中隧道与运输车辆动态耦合的并行计算方法

在隧道施工过程中为准确模拟运输车辆运行时对周围隧道的影响,建立了隧道及运输车辆的三维有限元模型.通过三维动态接触方法模拟轮 轨、轨道 隧道、隧道 土体等的动力相互作用.利用显式非线性有限元法进行数值模拟,分析了运输车辆每节车通过工作井时隧道的动态响应.由于轮轨接触计算十分耗时,在递归坐标二分分区方法(RCB)基础上,结合上海超级计算机曙光5000A高性能计算机的体系结构,设计了基于轮轨接触均衡分区算法(WRCBB).分析并比较了两种并行算法的加速效果.结果表明,对于考虑接触的大型结构动力分析问题,接触均衡的分区方法具有更好的加速比与并行效率.     

建筑构件热阻计算方法

针对空心砌块平均热阻理论计算方法的简单近似性,分析了其计算结果的不确定性,提出用CFD数值模拟、采用有限体积法的计算方法分析建筑构件的热工性能.并分别运用热流计法与热箱法对某内插保温层混凝土空心砌块进行热阻测试,以检验理论计算方法与数值模拟计算方法的准确性.通过理论计算、数值模拟及试验验证分析得到:采用理论计算方法分析建筑构件热工性能具有不确定性,所得结果与热流计法和热箱法的试验结果误差分别为36.6％和33.8％;采用CFD数值模拟方法计算结果误差分别为0.3％和2.4％,表明该方法对建筑构件热工性能的计算不仅能够满足精度要求,还具有应用范围广、结果直观等优点.     

建筑防烟分区划分安全性研究

设置防烟分区是建筑防排烟的重要措施之一。同一防火分区,其防烟分区可有多种划分,为探讨安全性高且又能应对各种火灾可能性的合理化设计,该文基于火灾安全性分析原理,通过场模型的仿真计算方法,研究了典型建筑空间中防烟分区划分对火灾安全性的影响。研究结果表明:防烟分区划分应该与疏散出口的分布相匹配;过多疏散出口划归在一个防烟分区将导致安全性严重降低;各个防烟分区均匀分布疏散出口,则有助于适应火灾发生地点的不可预知性,确保任何火灾情况下的疏散安全性。     

基于深腾7000系统的大规模CFD并行计算

从基本流动控制方程及数值离散、多重网格、并行算法等方面详细阐述了混合网格框架下计算流体力学软件的基本原理,提出了采用三重嵌套循环结构在时间推进格式中实现多重网格加速及并行计算技术的主流程设计方案;同时给出了高精度混合网格并行计算软件在深腾7000系统上的大规模并行测试结果以及在某型民用飞机高升力流场数值模拟中的应用.结果表明:此高精度混合网格并行计算软件在采用千万网格点规模的大型飞机高升力复杂流场计算时,不仅计算结果与实验结果符合较好,且在2 048核并行计算时仍具有很好的并行可扩展性,计算效率不低于80%.     

火灾时围护结构非稳态温度场的动态特性

为了研究火灾时建筑物围护结构的温度,运用BFD模化模型,模拟计算了室内建筑火灾烟气温度与时间的变化关系,并讨论了长宽比、有效通风口高度等对室内火灾过程的影响.在上述火灾模拟的基础上,根据烟气与围护结构之间的换热情况,建立了围护结构非稳态传热模型.采用分界面衔接条件,并结合有限差分方法,提出了一种建筑构件中心点温度场的计算方法.随后,取时间步长为1 s,计算时间为50min,分别计算了两种围护结构内部温度场随时间和位置的变化规律.计算时,火灾增长时间tg为150 s,衰减时间td为600 s,所选取的火灾为经历了生长阶段、轰然阶段、充分发展阶段和衰减阶段的全过程燃烧.模拟得到的加气混凝土和钢筋混凝土构件内部温度场变化规律与实验结果基本符合.     

无网格数值模拟的并行算法研究

对无网格数值模拟的并行算法进行了详细研究.包括使用并行桶搜索算法进行节点搜索,使用并行几何搜索算法进行样点搜索,并行计算无网格形函数及其导数,边界条件的并行处理,使用并行预处理共轭梯度法求解方程组以及负载平衡等.最后给出了无网格数值模拟并行计算的实施流程和计算实例.计算结果表明,无网格数值模拟具有很高的并行性和很好的并行效率,计算规模越大,并行效率越高.