[发明专利]一种具有计算负载均衡的多层网格LBM并行方法

说明书

本发明公开了一种具有计算负载均衡的多层网格LBM并行方法，解决了多层网格LBM方法在MPI并行时，算法复杂度高、并行计算性能不佳等弊端，其技术方案要点是包括有以下步骤：考虑到不同层网格点的计算量不一致，但同层网格点的计算量一致，根据MPI进程总数np和多层网格的总层数N，将每一层网格根据网格数量按照均匀划分原则剖分为np份区域；每个进程负责每一层网格中的一份网格区域，并按照第N层至第1层的顺序采用多层网格LBM方法计算到规定时间步；本发明的一种具有计算负载均衡的多层网格LBM并行方法，采用良好的网格划分策略，使得每个MPI进程的计算量负载均衡，提高了并行效率，具有良好的可扩展性。

技术领域

本发明涉及流体动力学，特别涉及一种具有计算负载均衡的多层网格LBM并行方法。

背景技术

多层网格LBM方法比标准LBM在计算上增加了复杂度，尤其是针对不同几何形状的物体，为了计算精度需要使用不同层次的网格，且每层网格上的计算量都不一致，不同层网格间需要进行插值运算，这都大大增加了多层网格LBM在分布式系统集群中的MPI并行算法设计的难度。特别是一般多层网格LBM方法的MPI并行算法设计，各个节点的计算量差距较大，极易造成各个节点间的负载不均衡问题，从而影响MPI并行算法的整体并行计算性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有计算负载均衡的多层网格LBM并行方法，每个节点的计算量及负载均衡，提高了并行效率，具有良好的可扩展性。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种具有计算负载均衡的多层网格LBM并行方法，包括有以下步骤：

根据MPI的进程总数np和多层网格的总层数N，将第i层网格根据网格数量按照均匀划分原则划分为np份网格区域；划分的网格区域共有np*N份，第i层网格中的第j份网格区域记为j_i；其中j＝1,2,…,np；i＝1,2,…,N；

每个进程负责每一层网格中的一份网格区域，按照从第N层至第1层的顺序进行多层网格LBM方法的计算，并于每个进程在对应网格区域完成第1层的计算后进行同步；

对计算结果进行判断，若未达到设定的时间步，则重复进行多层网格的LBM演化计算，直至达到设定的时间步时结束计算；

输出计算结果并存储。

作为优选，对各层网格均匀划分为np份网格区域具体如下：

根据多层网格，从第N层至第1层网格，计算第i层网格中的网格点数目，分别记为Num_i，其中，i＝1,2,…,N；

按照均匀划分原则，将第i层网格均匀划分为np份；每份网格点数目为Num_i/np，向上取整，记为[Num_i/np]，第i层网格中的第j份网格区域分别记为j_i，j＝1,2,…,np。

作为优选，对进行区域划分后的网格，进行MPI进程的分配，具体为：

每个进程都负责第1层到第N层中的一份网格区域计算，即第j个进程负责第j_i份网格区域计算，第j个进程共负责N份网格区域的计算。

作为优选，均匀划分原则的具体包括有：

将进程总数np与多层网格中的每层网格数量进行比较，若进程总数np不超过任一层中的最大网格数量，采用一维均匀划分原则；反之，采用二维/三维均匀划分原则进行多层网格的划分

作为优选，对每个进程负责的网格区域，采用多层网格的LBM方法进行计算，具体为：

从第N层到第1层按顺序针对每层网格进行LBM演化计算；