利用 OpenFOAM 实现受控湍流圆射流的高性能计算

本文研究了 OpenFOAM 在低雷诺数 ($Re_D=2000$) 轴对称射流中的高性能计算能力，该射流受到多个零净质量通量 (ZNMF) 致动器的作用。首先，通过在弗拉芒超级计算中心 (VSC) 的超级计算机上进行高达 $2048$ 个处理器的缩放研究，测试了 OpenFOAM 的并行性能。随后，提出了一种提高并行效率的方法。该方法基于开发一种混合概念来计算统计矩。这一新概念结合了系综平均和时间平均，以允许并行数据采样。其动机在于减少收集湍流统计量的墙钟时间，观察到这是 ZNMF 受控射流流场中的主导部分。将这种并行统计平均方法与常规网格划分并行化相结合，使我们能够在 $P=624$ 个处理器上进行直接数值模拟 (DNS) 案例，整体加速比为 $S_e=540.56$，并行效率为 $E_e=0.87$。仅使用网格划分的并行化表现较差，其 $S_e=423.94$，$E_e=0.68$。除了开发提高并行性能的方法外，我们还降低了现有非定常求解器的时间步成本。为此，在 OpenFOAM 中实现了增量投影法，实现了超过 $30\%$ 的性能提升。