复杂三维流动分区并行求解的多重网格方法-热能工程专业论文.docxVIP

上海交通大学硕士学位论文 上海交通大学硕士学位论文 I I 复杂三维流动分区并行求解的多重网格方法 摘 要 本文发展了一套数值模拟复杂三维流动的分区并行程序 其中 为了加速 计算的收敛而引入了多重网格方法Multigrid Method作为核心算法 利用交 错网格系统的 SIMPLEC 方法对控制方程组进行离散 并且 为了适应问题的几 何复杂性 采用了任意非正交曲线坐标系 同时 利用区域分解方法Domain Decomposition Method可以将一个复杂区域分解成若干个相对简单的子区域 并实现了在各个 子区域进行独立计算的分区并行策略 考虑到流体流动多为强 非线性问题 作为多重网格方法 选择将全近似格式 Full Approximation Storage 结合到 SIMPLEC 算法中 并且 它在程序的实现中是以 V 循环的方式作为每 个子区域的内迭代求解器 而区域分解方法则作为各子区域耦合的外迭代求解 器 作为上述程序的一个实际应用 本文对电站锅炉的一种新型燃烧器内的冷 态湍流流动进行了数值模拟 通过理论分析以及与类似实验结果的比较 从物 理真实性上来看 本文所得到的计算结果具有基本的合理性 因此对燃烧器和 锅炉的设计也具有一定的参考价值 同时 计算结果也表明 多重网格方法可 以显著加速数值计算的收敛 从而也大大节省了 CPU 时间 于是 本文所提出 的数值方法在求解工程中复杂三维流动问题上的可行性和潜力也得到了展现 本文工作的难点和创新之处在于 (1) 在区域分解方法的基础上 将多重网 格方法中的全近似格式 FAS 运用到基于任意非正交曲线坐标系交错网格的 SIMPLEC 算法中 并编制了一套可靠 易行的通用程序 (2) 利用自行开发的 计算机程序对具有复杂几何结构的新型燃烧器内的冷态流场进行了较为成功的 数值模拟 关键词 多重网格方法 区域分解方法 燃烧器 SIMPLEC 算法 数值模拟 II II MULTIGRID METHOD IN PARTITIONING PARALLEL COMPUTATION OF COMPLEX 3-D FLUID FLOWS ABSTRACT In this paper, a partitioning parallel numerical procedure is developed to simulate complex 3-D fluid flows, in which the Multigrid Method (MG) is introduced to speed up the convergence of computation. As the kernel of the procedure, the staggering grid system based SIMPLEC algorithm is used to discretize the governing equations and it is under a non-orthogonal curvilinear coordinate system to fit the geometrical complexity of a problem. Meanwhile, a complex domain is divided into a number of simple sub-domains and, instead of the whole computation, a partitioning parallel strategy of computations in the sub-domains is realized by means of the Domain Decomposition Method (DDM). Considering the strong nonlinearity of most fluid flow problems, as a Multigrid Method, the Full Approximation Storage (FAS) is combined with the SIMPLEC algorithm, and it is arranged in the procedure as the solver for inner iterative sweeps in each sub-domain, appearing as a V-cycle. Meanwhile, the DDM is arranged in the procedure as the solver for outer iterative sweeps among