基于稀疏解析雅可比方法的化学动态负载平衡求解器用于快速精确反应流模拟
流体动力学
2023-11-28 v1 数值分析
数值分析
摘要
为满足工业高保真计算需求，本研究在OpenFOAM平台上开发了快速精确的定制求解器。为提升计算效率，引入了一种新颖的集成加速策略。首先，实现了利用SpeedCHEM化学库的稀疏解析雅可比方法，以提升ODE求解器效率。随后，采用动态负载平衡（DLB）代码将化学计算 workload 均匀分配于多进程。通过引入开放多处理（OpenMP）方法进一步优化，提升并行计算效率。最后，集成局部时间步长（LTS）方案以最大化各计算单元的独立时间步长，实现了超过31倍的最小加速。该定制求解器的有效性与鲁棒性针对三种不同的部分湍流预混火焰Sandia Flames D、E和F进行了系统验证。此外，开展了涵盖不同湍流模型、湍流普朗特数与模型常数的对比分析，从而推荐了不同条件下的最优数值参数。本研究为OpenFOAM平台上的快速精确计算提供了一种可行方案，同时为工业数值模拟中湍流模型与参数的选择提供了见解。
引用
@article{arxiv.2311.14941,
title = {Development of a Chemistry Dynamic Load Balancing Solver with Sparse Analytical Jacobian Approach for Rapid and Accurate Reactive Flow Simulations},
author = {Yinan Yang and Tsukasa Hori and Shinya Sawada and Fumiteru Akamatsu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.14941},
year = {2023}
}
备注
41 pages, 13 figures