《電子技術應用》
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面向云计算环境的OpenFOAM网格生成服务
2022年电子技术应用第4期
高若辰,淮晓永,张志达,李佰文
华北计算机系统工程研究所,北京100083
摘要: 网格生成是计算流体力学仿真分析基础。由于网格生成的计算量大,适合利用服务器的高性能计算能力在服务器端运行,以云服务方式为用户提供高效的网格生成服务。提出了一种面向云计算的网格生成服务模型,基于该模型能够对传统的单机版网格生成模块进行服务化封装,实现网格生成的云服务。采用该模型对OpenFOAM的网格生成模块进行服务化封装,实现了一个面向服务的网格生成服务原型软件。通过网格生成客户端软件与网格生成云服务的集成测试,验证表明“云+端”的网格生成服务能够充分利用服务器端和客户端的计算资源,实现云端协同的网格生成优化计算。
中圖分類號: TN99;TP391.9
文獻標識碼: 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. 面向云計算環境的OpenFOAM網格生成服務[J].電子技術應用,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(Computational Fluid Dynamics,CFD)是流體力學和計算機科學相互融合的一門新興交叉學科,其基本原理是把待求解的連續物理場(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、工業設計等多個領域具有廣泛的應用[3-4]

    CFD的基本結構組成一般分為前處理、數值求解和后處理分析三部分。其中,網格生成是前處理的關鍵步驟之一,在計算流體力學的工業應用實踐中,一般有40%~45%的時間耗費在前處理階段[5]

    網格生成是對連續計算流場的離散化,把一個連續的幾何區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方程的數值求解[6]。為了獲得高精度的數值仿真解,需要將計算域劃分為盡可能小的網格單元,質量好的網格通常可以達到千萬甚至上億的數量級。網格數量越多,對CPU、內存等計算資源的需求也會越高。因此,復雜大型模型的網格生成計算需要耗費巨大的計算資源。

    為了解決網格生成技術計算量大、耗時長的問題,一方面是優化網格生成技術,如動網格生成技術[7]、重疊網格生成技術[8]和自適應網格生成技術[9-12];另一方面,利用云端的高性能服務器資源進行網格生成計算也是工程技術發展的方向之一[13]。本文對云計算技術與網格生成技術進行集成,設計開發了一個網格生成服務原型系統,并基于OpenFOAM網格生成器設計實現了一個面向云計算環境的網格生成服務原型軟件。




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作者信息:

高若辰,淮曉永,張志達,李佰文

(華北計算機系統工程研究所,北京100083)




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