《電子技術(shù)應(yīng)用》
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面向云計(jì)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(dá)，李佰文
華北計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程研究所，北京100083
摘要： 網(wǎng)格生成是計(jì)算流體力學(xué)仿真分析基礎(chǔ)。由于網(wǎng)格生成的計(jì)算量大，適合利用服務(wù)器的高性能計(jì)算能力在服務(wù)器端運(yùn)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(jì)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(jī)版網(wǎng)格生成模塊進(jìn)行服務(wù)化封裝，實(shí)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(jìn)行服務(wù)化封裝，實(shí)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(yàn)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(jì)算資源，實(shí)現(xiàn)云端協(xié)同的網(wǎng)格生成優(yōu)化計(jì)算。
中圖分類號： TN99；TP391.9
文獻(xiàn)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(dá)，等. 面向云計(jì)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(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics，CFD)是流體力學(xué)和計(jì)算機(jī)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(diǎn)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(jì)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(jì)算流體力學(xué)的工業(yè)應(yīng)用實(shí)踐中，一般有40%～45%的時間耗費(fèi)在前處理階段[5]。

    網(wǎng)格生成是對連續(xù)計(jì)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(jìn)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(jì)算域劃分為盡可能小的網(wǎng)格單元，質(zhì)量好的網(wǎng)格通?？梢赃_(dá)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(jì)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(jì)算需要耗費(fèi)巨大的計(jì)算資源。

    為了解決網(wǎng)格生成技術(shù)計(jì)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(jìn)行網(wǎng)格生成計(jì)算也是工程技術(shù)發(fā)展的方向之一[13]。本文對云計(jì)算技術(shù)與網(wǎng)格生成技術(shù)進(jìn)行集成，設(shè)計(jì)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(jì)實(shí)現(xiàn)了一個面向云計(jì)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(dá)，李佰文

(華北計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程研究所，北京100083)




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