并行CFD：至少你應(yīng)該膜拜 Metis 和 Scotch

2017-03-12 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

CFD在進(jìn)行并行計(jì)算的情況下可以分為不同的方法,在采用網(wǎng)格分解(Partitioning)并行計(jì)算的情況下,計(jì)算的效率取決于負(fù)載均衡以及網(wǎng)格單元的分布。

網(wǎng)格分解的好壞直接影響處理器之間的信息交換,不同的網(wǎng)格分解方法可以將子網(wǎng)格最優(yōu)化以加速并行效率。

目前較為流行的分區(qū)外掛包主要有:Metis,ParMetis,Scotch,PTScotch,Zoltan等。

如ANSYS Fluent可采用Bisection以及Metis網(wǎng)格分解方式,OpenFOAM可采用Scotch及PTScotch分解方式。

各種不同的網(wǎng)格分解方法實(shí)際上有什么不同呢?

首先我們看原始網(wǎng)格:

來源于:Z. Shang - Impact of mesh partitioning methods in CFD for large scale parallel computing,潛艇幾何和網(wǎng)格

在這個算例中雷諾數(shù)為3.89e7,整個計(jì)算域的高度為潛艇的5倍長,長度為潛艇的12倍長,湍流采用3Dk-epsilon模型,網(wǎng)格單元為四面體和棱柱,近壁y+平均為30。

下面是使用不同的網(wǎng)個分解方式分解后的網(wǎng)格:

來源于:Z. Shang - Impact of mesh partitioning methods in CFD for large scale parallel computing,不同網(wǎng)格分解方法分解后的子網(wǎng)格系統(tǒng)

很明顯,對比較為簡單的網(wǎng)格分解方式如Simple和SFC方法,網(wǎng)格分解后的網(wǎng)格區(qū)別很大,并且每個求解器的網(wǎng)格并不連貫較為分散。

對于Metis和Scotch網(wǎng)格分解方法,結(jié)果大體一致,且同一個處理器處理的網(wǎng)格彼此相連。

對于簡單的網(wǎng)格分解方式,導(dǎo)致這種問題的可能在于這些基于幾何的分解方式很難處理四面體網(wǎng)格以及棱柱網(wǎng)格夾雜的混合網(wǎng)格。

我們再看另一篇文章中采用Metis和Scotch網(wǎng)格分解方法分解的網(wǎng)格:

來源于:P. Sidlof et al - Parallel CFD simulation of flow in a 3D model of vibrating human vocal folds,采用Scotch(左)和Metis(右)對射流計(jì)算域分解的網(wǎng)格

可以看出Metic和Scotch的結(jié)果大體相同,且網(wǎng)格單元分散均一。

那么到底這些不同的網(wǎng)格分解方法對求解速度有什么影響呢?

來源于:Z. Shang - Impact of mesh partitioning methods in CFD for large scale parallel computing,不同網(wǎng)格分解方法計(jì)算后的效率增加

可以看出對于簡單的SFC方法,并行效率非常的低,對于較為高級的Metis,Scotch等分解方法,并行計(jì)算大大增加了計(jì)算效率。其中ParMetis的計(jì)算效率達(dá)到最高(30倍)。

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