《電子技術(shù)應(yīng)用》
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面向云計算環(huán)境的OpenFOAM網(wǎng)格生成服務(wù)
2022年電子技術(shù)應(yīng)用第4期
高若辰,淮曉永,張志達,李佰文
華北計算機系統(tǒng)工程研究所,北京100083
摘要: 網(wǎng)格生成是計算流體力學(xué)仿真分析基礎(chǔ)。由于網(wǎng)格生成的計算量大,適合利用服務(wù)器的高性能計算能力在服務(wù)器端運行,以云服務(wù)方式為用戶提供高效的網(wǎng)格生成服務(wù)。提出了一種面向云計算的網(wǎng)格生成服務(wù)模型,基于該模型能夠?qū)鹘y(tǒng)的單機版網(wǎng)格生成模塊進行服務(wù)化封裝,實現(xiàn)網(wǎng)格生成的云服務(wù)。采用該模型對OpenFOAM的網(wǎng)格生成模塊進行服務(wù)化封裝,實現(xiàn)了一個面向服務(wù)的網(wǎng)格生成服務(wù)原型軟件。通過網(wǎng)格生成客戶端軟件與網(wǎng)格生成云服務(wù)的集成測試,驗證表明“云+端”的網(wǎng)格生成服務(wù)能夠充分利用服務(wù)器端和客戶端的計算資源,實現(xiàn)云端協(xié)同的網(wǎng)格生成優(yōu)化計算。
關(guān)鍵詞: 網(wǎng)格生成 云計算 OpenFOAM
中圖分類號: TN99;TP391.9
文獻標(biāo)識碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.211506
中文引用格式: 高若辰,淮曉永,張志達,等. 面向云計算環(huán)境的OpenFOAM網(wǎng)格生成服務(wù)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2022,48(4):71-75.
英文引用格式: Gao Ruochen,Huai Xiaoyong,Zhang Zhida,et al. OpenFOAM mesh generation service for cloud computing environment[J]. Application of Electronic Technique,2022,48(4):71-75.
OpenFOAM mesh generation service for cloud computing environment
Gao Ruochen,Huai Xiaoyong,Zhang Zhida,Li Baiwen
National Computer System Engineering Research Institute of China,Beijing 100083,China
Abstract: Mesh generation is the basis of computational fluid dynamics simulation analysis. Due to the large computational volume of mesh generation, it is suitable to use the high-performance computing power of the server to run on the server side, and provide efficient mesh generation service to users with cloud services. This paper proposes a mesh generation service model for cloud computing. Based on this model, the traditional stand-alone mesh generation module can be packaged as a service to realize cloud services for mesh generation. Using this model, the mesh generation module of OpenFOAM is packaged as a service, implementing a prototype software for a service-oriented mesh generation service. Through the integration test of the grid generation client software and the grid generation cloud service, the verification shows that this "cloud + terminal" mesh generation services can make full use of the server-side and client-side computing resources to achieve cloud and terminal collaboration optimization of computing.
Key words : mesh generation;cloud computing;OpenFOAM

0 引言

    計算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)是流體力學(xué)和計算機科學(xué)相互融合的一門新興交叉學(xué)科,其基本原理是把待求解的連續(xù)物理場(如速度場和壓力場)分解成有限個離散點的集合,然后建立控制流體流動的控制方程,通過求解方程組得到的近似解來模擬流體流動情況[1-2]。CFD在汽車、船舶、航空航天、工業(yè)設(shè)計等多個領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用[3-4]

    CFD的基本結(jié)構(gòu)組成一般分為前處理、數(shù)值求解和后處理分析三部分。其中,網(wǎng)格生成是前處理的關(guān)鍵步驟之一,在計算流體力學(xué)的工業(yè)應(yīng)用實踐中,一般有40%~45%的時間耗費在前處理階段[5]

    網(wǎng)格生成是對連續(xù)計算流場的離散化,把一個連續(xù)的幾何區(qū)域分割成許多很小的單元,以便在離散的單元上進行流場代數(shù)方程的數(shù)值求解[6]。為了獲得高精度的數(shù)值仿真解,需要將計算域劃分為盡可能小的網(wǎng)格單元,質(zhì)量好的網(wǎng)格通常可以達到千萬甚至上億的數(shù)量級。網(wǎng)格數(shù)量越多,對CPU、內(nèi)存等計算資源的需求也會越高。因此,復(fù)雜大型模型的網(wǎng)格生成計算需要耗費巨大的計算資源。

    為了解決網(wǎng)格生成技術(shù)計算量大、耗時長的問題,一方面是優(yōu)化網(wǎng)格生成技術(shù),如動網(wǎng)格生成技術(shù)[7]、重疊網(wǎng)格生成技術(shù)[8]和自適應(yīng)網(wǎng)格生成技術(shù)[9-12];另一方面,利用云端的高性能服務(wù)器資源進行網(wǎng)格生成計算也是工程技術(shù)發(fā)展的方向之一[13]。本文對云計算技術(shù)與網(wǎng)格生成技術(shù)進行集成,設(shè)計開發(fā)了一個網(wǎng)格生成服務(wù)原型系統(tǒng),并基于OpenFOAM網(wǎng)格生成器設(shè)計實現(xiàn)了一個面向云計算環(huán)境的網(wǎng)格生成服務(wù)原型軟件。




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作者信息:

高若辰,淮曉永,張志達,李佰文

(華北計算機系統(tǒng)工程研究所,北京100083)




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