計算空氣動力學并行編程基礎(chǔ)

第1章基本方程形式

1.1引言

1.1.1計算空氣動力學的作用

1.1.2計算空氣動力學的特點

1.1.3計算空氣動力學的步驟

1.2熱力學基礎(chǔ)

1.2.1氣體狀態(tài)方程

1.2.2比熱、內(nèi)能和焓

1.2.3黏性系數(shù)

1.2.4傳熱系數(shù)

1.3直角坐標系下微分形式N—S方程

1.3.1筆續(xù)介質(zhì)假設(shè)

1.3.2方程通用形式

1.3.3質(zhì)量方程

1.3.4動量方程

1.3.5能量方程

1.3.6N—S方程組

1.4無量綱化

1.4.1特征量的選取方法

1.4.2方程組無量綱化因子

1.4.3方程組無量綱化

1.4.4特征速度不同引起的表達式差異

1.5下線坐標系下微分形式N—S方程

1.5.1度量系數(shù)

1.5.2坐標變換

1.5.3有限差分法

1.6積分形式N—S方程

1.6.1直角坐標系下積分形式N—S方程

1.6.2曲線坐標系下積分形式N—S方程

1.6.3有限體積法

1.6.4有限體積法度量系數(shù)

1.6.5有限體積法單元體積

1.7有限差分法與有限體積法

1.7.1有限差分法與有限體積法的異同

1.7.2有限差分一有限體積混合方法

第2章時間離散格式

2.1顯式Runge—Kutta法

2.2隱式方法殘差項線性化

2.2.1對流通量Jacobian矩陣與分裂

2.2.2黏性通量Jacobian矩陣與譜半徑

2.2.3有限體積法七對角矩陣

2.2.4有限差分法十三對角矩陣

2.3隱式線性化定常流動求解方法

2.3.1當?shù)貢r間步長

2.3.2定常流方程組形式

2.3.3點松弛SGS解法

2.3.4線松弛SGS解法

2.3.5LU—SGS解法

2.3.6LU—ADI解法

2.3.7Jacobi迭代法

2.4隱式線性化非定常流動求解方法

2.4.1單時間步法

2.4.2雙時間步法

2.5初始條件

2.5.1給定原始變量

2.5.2給定飛行高度、馬赫數(shù)、攻角與側(cè)滑角

2.5.3給定雷諾數(shù)、馬赫數(shù)、溫度、攻角與側(cè)滑角

2.6收斂判據(jù)

2.6.1定常流動迭代收斂判據(jù)

2.6.2非定常流動亞迭代收斂判據(jù)

第3章空間離散格式

3.1曲線坐標系下的導(dǎo)數(shù)計算

3.2對流項半點重構(gòu)

3.2.1二階MUSCL重構(gòu)

3.2.2五階顯式WCNS重構(gòu)

3.3對流通量導(dǎo)數(shù)

3.3.1矢通量分裂格式（FVS）

3.3.2通量差分裂格式（FDS）

3.3.3混合格式（AUSM）

3.4黏性通量導(dǎo)數(shù)

3.4.1完全N—S方程

3.4.2薄層近似方程

3.5再論通量Jacobian矩陣

第4章邊界條件處理

4.1虛網(wǎng)格概念

4.2特征分析

4.2.1邊界信息傳播方向

4.2.2特征線相容關(guān)系式

4.3遠場邊界條件

4.3.1遠場特征變量邊界條件

4.3.2遠場Riemann邊界條件

4.4壁面邊界條件

4.4.1無黏壁面

4.4.2黏性壁面

4.5對稱邊界條件

4.6內(nèi)邊界條件

第5章加速收斂技術(shù)

5.1多重網(wǎng)格方法

5.1.1基本循環(huán)FAS格式

5.1.2多重網(wǎng)格循環(huán)策略

5.1.3傳遞算子

5.2預(yù)條件Newton—Krylov算法

5.2.1非線性函數(shù)

5.2.2非精確Newton法

5.2.3Krylov子空間方法

5.2.4預(yù)條件JFNK算法

第6章串流模型方程

6.1雷諾時均控制方程

6.1.1雷諾時均方法

6.1.2時均方程無量綱化

6.2零方程湍流模型

6.2.1Baldwin—Lomax湍流模型

6.2.2Degani修正的B—L湍流模型

6.3一方程湍流模型

6.3.1Baldwin—Barth湍流模型

6.3.2Spalart—Allmaras湍流模型

6.4兩方程湍流模型

6.4.1Wilcox k—ω模型

6.4.2Menter’s k—ω模型

6.4.3EASM Gatski—Speziale k—ω模型

6.4.4EASM Girimaji k—ε模型

6.4.5Abid k—ε模型

6.4.6EASM Gatski—Speziale k—ε模型

6.5初始條件與邊界條件

6.6應(yīng)用湍流模型的注意事項

6.7兩方程湍流模型通用形式

第7章高溫氣體效應(yīng)

7.1氣體模型

7.1.1質(zhì)量比焓與內(nèi)能

7.1.2質(zhì)量比熵

7.1.3混合氣體自由焓

7.2高溫氣體化學平衡流

7.2.1Gibbs最小自由焓方法

7.2.2能量守恒方程計算溫度

7.3高溫氣體熱化學非平衡流

7.3.1高溫氣體非平衡方程組

7.3.2對流項Jacobian矩陣

7.3.3組分生成源項及其Jacobian矩陣

7.3.4振動源項及其Jacobian矩陣

第8章前后處理方法

8.1數(shù)據(jù)文件格式

8.1.1網(wǎng)格與流場文件格式PLOT3D

8.1.2邊界文件格式Generic.inp

8.1.3Tecplot格式的可視化文件

8.1.4CGNS格式轉(zhuǎn)換

8.2網(wǎng)格奇點與搜索

8.2.1奇點重構(gòu)的問題描述

8.2.2重構(gòu)算法及時間復(fù)雜性分析

8.2.3數(shù)值實驗結(jié)果與討論

8.3網(wǎng)格二次剖分技術(shù)

8.3.1網(wǎng)格塊分組問題

8.3.2二次剖分方法

8.3.3剖分法的選擇策略

8.4氣動特性計算

8.4.1氣動力

8.4.2氣動力矩

8.4.3升/阻力與壓心

8.4.4氣動熱

第9章并行編程基礎(chǔ)

9.1并行計算與并行編程

9.1.1并行計算相關(guān)概念

9.1.2并行計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與分類

9.1.3并行編程模型與實現(xiàn)技術(shù)

9.1.4并行編程的常用模式

9.2并行程序設(shè)計

9.2.1并行程序流程設(shè)計

9.2.2MPI進程并行

9.2.3OpenMP線程并行

9.3并行程序性能優(yōu)化技術(shù)

9.3.1提升并行程序性能的技術(shù)

9.3.2數(shù)值實驗結(jié)果與討論

9.4并行軟件框架PETSc

9.4.1PETSc軟件體系結(jié)構(gòu)

9.4.2PETSc軟件功能

9.4.3基于PETSc編程

9.4.4多DMDA創(chuàng)建實例

參考文獻

主要符號表2100433B

《計算空氣動力學并行編程基礎(chǔ)》由國防工業(yè)出版社出版。

• 打印機

• Zip Drive

• 視頻掃描儀

• 一些早期的聲卡

• 一些老式的攝像頭。

• 并行設(shè)備，如EPROM編程器、模擬器。

Moldex3D 領(lǐng)先業(yè)界率先推出完整并行計算功能，其并行運算技術(shù)是業(yè)界『唯一』可以完整支援充填、保壓、冷卻、翹曲、玻纖排向、多材質(zhì)多射成型等計算模組，讓使用者得以利用多核心或多CPU共同分析的優(yōu)勢，大幅縮短運算時間，在搭配主流的多核心個人電腦，能有效提升運算效能高達數(shù)倍以上，讓您輕松精簡成本，創(chuàng)造更高的工作效能。

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴大和日益增加的安全穩(wěn)定性要求，如何快速、實時地計算OPF成為一個十分緊迫的課題?，F(xiàn)有的OPF算法的計算速度均難以滿足大型網(wǎng)絡(luò)的實時性需要。并行計算可以提高現(xiàn)有計算機的計算能力，提高計算速度。最優(yōu)潮流并行算法是利用待求解問題的并行性通過多個處理器協(xié)作完成問題的求解。并行計算的硬件可以是專門的并行計算機，也可以是分布式網(wǎng)絡(luò)計算環(huán)境。

在無限點算法的基礎(chǔ)上，使用了Newton - Kylov并行化算法求解非線性方程組，在IEEES, 30, 118系統(tǒng)進行計算，算法在共享內(nèi)存計算機、分布內(nèi)存超級計算機和網(wǎng)絡(luò)集群計算環(huán)境下進行。結(jié)果表明所使用的方法在各種環(huán)境下均具有良好的加速性能。

將遺傳算法并行化通過將目標函數(shù)的計算分派給各個處理器來實現(xiàn)并行，遺傳的操作在主機中進行。試驗計算得到的主機效率在80%以上。

定性研究了粗粒度模型并行遺傳算法中遷移策略參數(shù)對算法性能的影響，這些參數(shù)包括:子種群數(shù)目、遷移率、遷移規(guī)模、遷移選擇策略和通信方式等。得到的結(jié)論是1}A在高遷移率下容易找到最優(yōu)解;子種群數(shù)目越大，找到最優(yōu)解的評估次數(shù)就越少;在同步遷移和異步遷移下，ESA在不同遷移周期下的算法性能基本相似，采用隨機選擇的遷移選擇策略好于最佳選擇的遷移選擇策略 。

對分解協(xié)調(diào)法這類并行最優(yōu)潮流算法進行了比較研究。分解協(xié)調(diào)法是一類將網(wǎng)絡(luò)分塊進行計算的方法，屬于粗顆粒的空間并行算法。分解協(xié)調(diào)法有輔助問題法APP (Auxiliary Problan Principle）、預(yù)測校正極大乘子法PCPM (Corrector Proxinal Multiplier Method)、交替方向法ADM ( Alte mating Direction Method)三大類。