2022年電子技術應用第4期
高若辰，淮曉永，張志達，李佰文
華北計算機系統工程研究所，北京100083
摘要：
網格生成是計算流體力學仿真分析基礎。由於網格生成的計算量大，適合利用伺服器的高性能計算能力在伺服器端運行，以雲服務方式為用戶提供高效的網格生成服務。提出了一種面向雲計算的網格生成服務模型，基於該模型能夠對傳統的單機版網格生成模塊進行服務化封裝，實現網格生成的雲服務。採用該模型對OpenFOAM的網格生成模塊進行服務化封裝，實現了一個面向服務的網格生成服務原型軟體。通過網格生成客戶端軟體與網格生成雲服務的集成測試，驗證表明「雲+端」的網格生成服務能夠充分利用伺服器端和客戶端的計算資源，實現雲端協同的網格生成優化計算。
關鍵詞：
網格生成，雲計算，OpenFOAM
0 引言：
計算流體力學(Computational Fluid Dynamics，CFD)是流體力學和計算機科學相互融合的一門新興交叉學科，其基本原理是把待求解的連續物理場(如速度場和壓力場)分解成有限個離散點的集合，然後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、工業設計等多個領域具有廣泛的應用[3-4]。
CFD的基本結構組成一般分為前處理、數值求解和後處理分析三部分。其中，網格生成是前處理的關鍵步驟之一，在計算流體力學的工業應用實踐中，一般有40%～45%的時間耗費在前處理階段[5]。
網格生成是對連續計算流場的離散化，把一個連續的幾何區域分割成許多很小的單元，以便在離散的單元上進行流場代數方程的數值求解[6]。為了獲得高精度的數值仿真解，需要將計算域劃分為儘可能小的網格單元，質量好的網格通常可以達到千萬甚至上億的數量級。網格數量越多，對CPU、內存等計算資源的需求也會越高。因此，複雜大型模型的網格生成計算需要耗費巨大的計算資源。
為了解決網格生成技術計算量大、耗時長的問題，一方面是優化網格生成技術，如動網格生成技術[7]、重疊網格生成技術[8]和自適應網格生成技術[9-12]；另一方面，利用雲端的高性能伺服器資源進行網格生成計算也是工程技術發展的方向之一[13]。本文對雲計算技術與網格生成技術進行集成，設計開發了一個網格生成服務原型系統，並基於OpenFOAM網格生成器設計實現了一個面向雲計算環境的網格生成服務原型軟體。