超声速飞行器流场的并行数值计算及效率分析

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1、国防科技大学学报第28卷第3期JOURNALOFNATIONALUNIVERSITYOFDEFENSETECHNOLOGYVoI.28No.32006文章编号：1001-2486（2006）03-0001-04!超声速飞行器流场的并行数值计算及效率分析范晓樯，李桦，李晓宇，贾地（国防科技大学航天与材料工程学院，湖南长沙410073）摘要：基于有限体积方法、TVD差分格式和显式Runge-kutta迭代方法的框架，针对超声速/高超声速飞行器绕流流场，在超级并行计算机上完成了2~64个CPU并行数值计算工作。通过测试程序在超级计算机上的并行效率，并将并行程序应用于航天飞

2、机绕流流场计算，检验了计算程序进行大规模并行计算的性能。结果表明，在负载平衡的条件下，程序在该超级并行计算机上达到了不同程度的超线性加速比，并行效率最高达到了126%，远远高于微机CIuster并行平台上的结果，适合复杂流场的大规模并行计算。关键词：数值模拟；并行计算；高超声速；流场中图分类号：V211文献标识码：AParallelNumericalSimulationandEfficiencyAnalysisoftheFlowFieldofSupersonicVehicleFANXiao-giang，LIHua，LIXiao-yu，JIADi（CoIIegeofA

3、erospaceandMateriaIEngineering，NationaIUniv.ofDefenseTechnoIogy，Changsha410073，China）Abstract：BasedonthefinitevoIumemethod（FVM），OC-TVDschemeandRunge-kuttamethod，paraIIeInumericaIsimuIationofthefIowfieIdaroundthehypersonic/supersonicvehicIewasperformedonasupercomputer.TheparaIIeIcomputa

4、tionefficiencywastest-edwiththeCPUnodesvariedform2to64.TheprogramwastestedforitsparaIIeIefficiencyonthesupercomputerandwasappIiedtothecaIcuIationofthefIowfieIdaroundspaceshuttIe.Inthisway，theIarge-scaIeparaIIeIcaIcuIatingcapacityoftheprogramwasexam-ined.TheresuItsindicatethat，giventhat

5、theIoadisbaIanced，theparaIIeIcomputationonthesupercomputerreachessuper-Iinearspeedup.Themaximumefficiencyratioreaches126%，whichisfarIargerthanthevaIueonPCcIusterparaIIeIpIatform.Keywords：numericaIsimuIation；paraIIeIcomputation；hypersonic；fIowfieId超级计算机是实现高性能计算、解决大型工程/科学问题的硬件基础，其性能的提高得益

6、于器件技［1］术、体系结构及互联技术的不断创新与进步，也是气象、核模拟、生物信息科学、计算流体力学（CFD）等重要科学领域对高性能计算机的迫切要求所造成的必然结果。现代计算流体力学所要解决的问题越来越复杂，对计算能力的要求与日俱增，正是这种迫切需求促使CFD超级计算成为应用十分成功的领域之一。目前，有关CFD大规模并行数值计算的研究工作主要［2-4］集中于两个方面：一方面是应用并行手段研究复杂流动现象，很多有关湍流的直接数值模拟和大涡［5-7］模拟均采用了并行计算手段；另一方面是采用大规模并行手段解决工程应用问题。例如，文献［5］在SGIOrigin2000共享内存

7、超级计算机上采用512个CPU完成了YAV-8B鹞式战斗机地面垂直起飞非定常过程的数值模拟，网格量达到了360万；文献［6］在超级计算机上应用128~4096个CPU完成了双模态冲压发动机燃烧室流场（网格量约312万）的大规模并行计算，加速比与CPU数基本成线性关系。本文在国防科技大学高性能计算中心的超级计算机上开展了超声速飞行器绕流流场的大规模并行数值仿真工作，测试了将并行计算程序移植于MPP机上的并行效率，通过与作者在文献［8］中基于通用“CIuster”系统的并行计算结果的对比，分析了超级计算机上CFD计算的效率优势。1并行计算软硬件环境国防科技大学高性能