《基於格子Boltzmann方法的大規模可擴展並行計算研究》是依託上海大學，由張武擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：基於格子Boltzmann方法的大規模可擴展並行計算研究
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：張武
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
與連續介質力學的經典數值方法不同，格子Boltzmann方法（LBM）是建立在分子動力學基礎上的數值方法。LBM的優點主要有以下幾個方面: 算法簡單、壓力可以直接求解、簡易的複雜邊界條件處理、特別適合併行計算等。基於以上優點，本項目將探索模擬複雜流動的高效格子模型建模方法，同時研究面向十萬量級計算核的異構超級計算機上的大規模並行計算模型、編程接口庫及高可擴展性的計算程式，推進大型並行計算算法研究的發展。通過探索高雷諾數、高馬赫數條件下複雜流動的機理，為繞飛行器的複雜流場計算提供可靠的高性能計算能力。
結題摘要
與連續介質力學的經典數值方法不同，格子Boltzmann方法（LBM）是建立在分子動力學基礎上的數值方法。LBM的優點主要有以下幾個方面: 算法簡單、壓力可以直接求解、複雜邊界條件的簡易處理、特別適合併行計算等。但LBM本身也存在一些問題，如不適用於可壓縮流體和較高雷諾數流動問題的計算等。 本項目在LBM模型研究方面，針對LBM存在的問題，提出了一種可適用於較高雷諾數和較高馬赫數的改進LBM方法。針對較高雷諾數的計算問題，採用LBM與大渦模擬（LES）相互耦合的計算模式。針對較高馬赫數的計算問題，提出了能夠適用於較高馬赫數的平衡態分布函式和多種可壓縮LBM計算模型，包括顯、隱格式的有限差分LBM和適用於高馬赫數條件下的多鬆弛（MRT）格子Boltzmann方法。此外，針對複雜幾何的數值模擬，提出了一種基於多層/多重格線的LBM。 在並行算法及程式實現方面，本項目提出了LBM並行多維劃分策略，在此基礎上給出了並行通信策略和並行計算模型，並開發了一套可用於實際流動問題計算的大規模並行應用程式。該並行應用程式在上海大學“自強4000”和國家超算濟南中心的神威藍光超級計算機上進行了測試，獲得了良好的加速比和並行效率。在十三萬核的並行測試中依然獲得了80%的並行效率。 本項目設計的大規模並行應用程式已在中國商用飛機有限公司上海飛機設計研究院進行了試算，為國產大飛機的氣動設計計算提供支持。
