基于解析雅可比矩阵与动态负载均衡的 OpenFOAM 快速反应流模拟
流体动力学
2022-02-03 v2 数值分析
数值分析
计算物理
摘要
基于详细化学的计算流体动力学（CFD）模拟由于需求解底层化学动力学常微分方程组（ODEs）而计算代价高昂。本文介绍一个新颖的开源库，旨在利用开源 C++ CFD 软件 OpenFOAM 加速此类反应流模拟。首先，采用我们的动态负载均衡模型 DLBFoam（Tekgül 等，2021）来缓解多处理器反应流模拟中因化学求解导致的计算不平衡。随后，通过利用开源库 pyJac 实现解析雅可比矩阵公式，并借助线性代数包 LAPACK 提升 ODE 求解器效率，对各单元（基于单元）的化学求解进行优化。我们在多种燃烧问题上展示了该新库的加速能力。这些测试问题包括二维湍流反应剪切层与三维分层燃烧，以凸显该库在双燃料燃烧点火/火焰前锋启动构型上的良好可扩展性。此外，针对非预混与部分预混火焰给出了两个基础的三维演示，即 ECN Spray A 与 Sandia flame D 实验构型。该新颖模型对大多数所研究案例可带来高达两个数量级的加速。公开共享的代码及测试用例构型代表了 OpenFOAM 框架下反应流模拟的一种全新赋能工具。
引用
@article{arxiv.2105.12070,
title = {Fast reactive flow simulations using analytical Jacobian and dynamic load balancing in OpenFOAM},
author = {Ilya Morev and Bulut Tekgül and Mahmoud Gadalla and Ali Shahanaghi and Jeevananthan Kannan and Shervin Karimkashi and Ossi Kaario and Ville Vuorinen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2105.12070},
year = {2022}
}
备注
45 pages, 12 figures