MPI并行多重网格算法在CFD中的高效实现

"并行多重网格方法在CFD中的应用 (2008年)，通过MPI实现，用于优化SIMPLE系列算法中的压力修正方程求解，提高计算效率" 本文主要探讨了在计算流体动力学（CFD）领域中，如何利用并行多重网格方法来改善SIMPLE（半隐式压力链接方程）算法的性能。SIMPLE算法是CFD中常用的一种迭代方法，但在解决压力修正方程时，共轭梯度法的收敛速度较慢，导致计算时间过长，特别是对于具有大长宽比的计算案例，其收敛速度相比多重网格算法明显降低。 为了解决这一问题，研究人员开发了一种基于Message Passing Interface (MPI) 的并行多重网格算法。该方法首先将计算网格文件转换为图形格式，然后利用METIS这一图形分割工具对网格进行分割，依据分割结果创建子区文件，实现了对任意非结构化混合网格的并行区域分解。这一过程使得复杂的计算任务能够被有效地分配到多个处理器上，提高了计算效率。 论文展示了混合网格的二维叶栅分区结果，通过计算几个典型的二维和三维算例，验证了所开发的并行多重网格算法的正确性和有效性。这些计算案例不仅包括了不同类型的网格，也涵盖了各种规模的网格划分，结果显示，该算法具有较高的并行效率和线性加速比，即随着处理器数量的增加，计算速度呈现线性增长，这在大规模并行计算中是非常理想的特性。 关键词涉及到的领域包括PC集群计算、计算流体力学、MPI以及多重网格方法，表明该研究工作是在高性能计算环境下，针对CFD问题，利用并行计算技术来提升计算性能的实践。中图分类号和文献标识码则分别对应了该研究在科学技术分类和学术发表的定位。 该研究提供了一种有效的方法，通过并行多重网格技术，显著减少了SIMPLE算法在求解压力修正方程时的计算时间，提高了整体计算性能，这对于处理大规模CFD问题具有重要的实际意义。