fluent軟件的多重網(wǎng)格并行算法及其性能

余江洪 1,2，(1理工大學(xué)材料復(fù)合新技術(shù)國(guó)家，2現(xiàn)代教育技術(shù)中心，3汽車，摘要：實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)討論了在并行求解過(guò)程中，采用不同的多重網(wǎng)格循環(huán)方法、區(qū)域網(wǎng)格方法、解題的規(guī)模和計(jì)：電池；多重網(wǎng)格；區(qū)域；并行計(jì)算FLUENT軟件有多種求解方法的選擇，并且提供了多重網(wǎng)格方法來(lái)加快收斂速度，同時(shí)可文介紹了FLUENT軟件的多重網(wǎng)格及并行算法，并測(cè)試、分析了其并行性能。序，該程序通過(guò)在當(dāng)前層面完成單一網(wǎng)格循環(huán)來(lái)擴(kuò)展到下一個(gè)粗糙網(wǎng)格層面。FLUENT軟件格中，F(xiàn)和靈活循環(huán)只限用于AMG方法。預(yù)松弛（β1）→限制→V循環(huán)→插值→后松弛預(yù)松弛（β1）→限制→W循環(huán)→W循環(huán)→插值→后松弛目(2003ABA088),教育部博士點(diǎn)基金項(xiàng)目（20030497012）資助。預(yù)松弛（β1）→限制→W循環(huán)→V循環(huán)→插值→后松弛；β2；β3（FlexibleV、W循環(huán)之間的主要區(qū)別是：Flexible循環(huán)會(huì)通過(guò)殘差減小的公差和終 （a）V循 （b）W循1FLUENT軟件里的分割格式是采用兩分的原則來(lái)進(jìn)行的，但不象其他格式那樣需要分割量的倍數(shù))。FLUENT軟件提供了多種方法進(jìn)行網(wǎng)格分割。最有效的分割方法和求解的問(wèn)題有T1P個(gè)節(jié)點(diǎn)的并行機(jī)(CPU與串行機(jī)中的CPU一樣)上運(yùn)行同樣的程序，令TP為執(zhí)行時(shí)間，則加速比S=T1/TP，并行效率η=S/P[5]。硬件環(huán)境：高性能計(jì)算機(jī)集群（HPCC：HighPerformanceComputerCluster，主節(jié)點(diǎn)是了2個(gè)InXeon2.8GHz/533MHzFSB的CPU，2G/DDR266的內(nèi)存，集成千兆網(wǎng)卡，73G的SCSI硬盤，主節(jié)點(diǎn)和計(jì)算節(jié)點(diǎn)信息交換通過(guò)千兆以太網(wǎng)交換機(jī)完成。軟件環(huán)境：RedHatEnterpriseLinux3.0操作系統(tǒng)，F(xiàn)LUENT6.2.16Linux本文測(cè)試的是單直流道單電池模擬，質(zhì)子交換膜電池是FLUENT軟件中默認(rèn)的七層FLUENT軟件PEMFuelCell模塊計(jì)算FLUENT內(nèi)部命令（Benark100CPU使用率和運(yùn)算時(shí)間（Elapsecl-time。按多重網(wǎng)格循環(huán)方法、區(qū)域法和解題規(guī)模分三種方方案1：網(wǎng)格劃分為100萬(wàn)單元，采用FLUENT默認(rèn)的主軸對(duì)稱的網(wǎng)格方法和不同的多重網(wǎng)格循環(huán)方法測(cè)試，從1個(gè)到8個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)任務(wù)。24012個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)任務(wù)，采取不同的網(wǎng)格方法進(jìn)行并行計(jì)算。由于電PrincipalX-Coordinate、PrincipalY-Coordinate、PrincipalZ-Coordinate和CartesianX-CoordinateCartesianY-CoordinateCartesianZ-Coordinate方法。為方便記錄，上述網(wǎng)格方法采用簡(jiǎn)寫，如PrincipalX-Coordinate簡(jiǎn)寫為PX-C。循環(huán)方法和方案2中的網(wǎng)格方法，每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)任務(wù)，測(cè)試計(jì)算節(jié)點(diǎn)從1個(gè)到8個(gè)的CPU利用率和運(yùn)算時(shí)間。Speedup方案1的如圖2，隨著多重網(wǎng)格循環(huán)方法循環(huán)方法的計(jì)算量和通訊量不一樣，對(duì)于V循環(huán)、FFlexibleCPU利用率都很高，1—490%的利用率，因此分析對(duì)于W循環(huán)時(shí)，CPU利用率極低，最高10%W循環(huán)Speedup

NumberofComputing25個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)以前，四種循環(huán)方法的并行加速比基本相同，但計(jì)1V循環(huán)4786秒，W循環(huán)37504秒，F(xiàn)循環(huán)5121秒，F(xiàn)lexible6870秒。其中，V循環(huán)運(yùn)算速度最快，WV循環(huán)運(yùn)算量最少，W循環(huán)運(yùn)算量最大的緣故。方案2的如表1所示，不同的網(wǎng)絡(luò)方法計(jì)算所用的時(shí)間各相同，有的甚至相差很大。這是因?yàn)椴煌木W(wǎng)絡(luò)方法所產(chǎn)生的分割接觸面和領(lǐng)域的多少不同，并行計(jì)算越少，計(jì)算速度越快。不同的求解問(wèn)題模型需要尋找不同的網(wǎng)絡(luò)方法，以求計(jì)算速度最快。本文中最佳網(wǎng)絡(luò)方法是CartesianX-Coordinate。表1不同網(wǎng)絡(luò)法方PZ-CX-CZ-分割領(lǐng)域時(shí)間方案3的如圖3所示，相同的多重網(wǎng)格循環(huán)方法（V循環(huán)）和網(wǎng)格方（CartesnCoorda3（a可以看出，在計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)較少時(shí)，不同規(guī)模算例的加速比基本相同，隨著計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)的進(jìn)一步增加，雖然計(jì)算速3（b）顯示，隨著計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加，并行效率均降低，不同規(guī)模的算例，其并行效率不一樣，并且UU因此隨著計(jì)算結(jié)點(diǎn)的增加，并行效率降低。而對(duì)于不同規(guī)模的算例，其計(jì)算量和通信量的關(guān)系不一樣，因而并行性能也不一樣。1000,0001000,000400,000100,000SpeedupSpeedup

1000,0001000,000400,000100,000ParallelParallel

NumberofComputing

NumberofComputing（a）加速 4是在相同的多重網(wǎng)格循環(huán)方法（V循環(huán)）和網(wǎng)格方法（PrincipalAxes）

SpeedupSpeedup比。PEMFuelCell模塊并行加速比比PEMFuelCell模

通過(guò)與FLUENT公司提供的 ark數(shù)據(jù)[7]比較，發(fā)現(xiàn)本次測(cè)試的并行效FLUENT軟件中PEMFuelCell模塊在HPCC中運(yùn)行時(shí)采用V域方法，此時(shí)解題速度最快。ZongboZhu,GuoxunYan,ChunxiaoLiu,JinshengXiao.ParallelMulti-gridAlgorithmBasedonClusterComputingwithApplicationtoTransientHeatTransfer.[J].2004InternationalSymposiumonDistributedComputingandApplicationstoBusiness,EngineeringandScience，（DCABES2004）,345-349,,,[J].高性能計(jì)算機(jī)集群的性能評(píng)價(jià).理工大學(xué)學(xué)報(bào)·信息與管理GuoQP,YakupP.ConcurrentCommunicationandGranularityAssessmentforaTransputer-basedMultiprocessorsystem[J].JournalofComputerSystemsScience&Engineering,1990,5(1):18-20. ark. YuJianghong1,ZhuZhongbo1,2,XiaoJinsheng1TheStateKeyLaboratoryofAdvancedTechnologyforMaterialsSynthesisandProcessing,2CenterofModernEducationTechnology,3SchoolofAutomotiveEngineering,WuhanUniversityofTechnology,Hubei430070,:TheFLUENTisapopularCFDsoftwarepackagenow,itcanmodelcomplicatedfluxionquestionfromincondensabilitytothehighlycondensability.Itcanuseparallelmulti-gridmethodtosolvethelarge-scaleproblems.InordertofindoutthesuitablescaleandparallelgranularityoftheFLUENTsoftwarewhileitmakesthesolution,andmakethebestofthesoftwareandthehardware,it ysesthemulti-gridmethodandpositionmethodoftheFLUENTsoftwareandtestsagainandagain.Itmainlydiscussestheinfluenceofthedifferentmulti-gridcyclemethod, positionmethod,thescaleofsampleandthenumberofcomputingnodesonparallelefficiency.Theresultsfromthetheories ysisan