基于OpenFOAM的不同网格数下并行计算性能分析*

王冠石,陈宇，蒋文涛，田晓宝△，王清晟，周志宏

(1. 四川大学 力学科学与工程系，四川省生物力学工程实验室,成都 610065;2. 北京市顺义区体育运动学校,北京 101300)

1 引 言

随着CFD的不断发展，其趋势总体呈现出计算域更复杂、算法精度更高、网格数量众多等特点，同时人们对快速计算、甚至实时计算的需求日益迫切[1-2]，因此，研究高性能计算(high performance computing, HPC)成为人们的当务之急。目前，高性能计算在材料科学、天体物理、核科学、气候气象、结构、生物医学、地震科学等领域得到了广泛地应用，并极大地推动了这些领域的发展[3-5]。准确地说，高性能计算和建模与仿真共同定义了继理论、实验后第三种主要的科学研究手段[6]。

当前，高性能计算机体系结构主要以多核计算集群为主。在实现多核并行计算的诸多开源软件中，OpenFOAM备受瞩目。其自由、开源、高可扩展性、对并行计算友好的特点[7-8]，受到使用者的青睐。尤其是可以通过简单修改控制文件的设置，再使用脚本文件设定计算顺序，就可针对不同情况进行大批量自动计算，提高了总体计算效率。

然而，随着问题规模的增大，即网格数量的增加和计算核心数量的增加，多核并行计算平台是否能够保持良好的运算性能?为此，我们有必要研究和分析高性能计算的潜在运算能力，尤其是综合分析在不同计算节点和问题规模下的性能表现[9-10]，以便充分发挥其强大的功能。本研究使用OpenFOAM作为测试软件平台，探究了该平台的运算性能，以期得出计算性能和效率随计算节点和网格数量的变化规律，得出最优的解决方案，为大规模并行计算提供一定参考。……