CFD软件：OpenFOAM二次开发_（18）.高性能计算环境下的OpenFOAM应用.docx

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高性能计算环境下的OpenFOAM应用

在高性能计算（HPC）环境下，OpenFOAM的应用可以显著提高计算效率和处理大规模计算问题的能力。本节将详细介绍如何在HPC环境中部署和优化OpenFOAM，包括并行计算的基本原理、并行计算的设置方法、性能优化技巧以及具体的案例分析。

并行计算的基本原理

并行计算是指将计算任务分解为多个子任务，通过多个处理器或计算节点同时执行这些子任务，以提高计算速度和效率。OpenFOAM支持多种并行计算模式，其中最常用的是域分解（DomainDecomposition）和消息传递接口（MessagePassingInterface,MPI）。

域分解

域分解是将计算域分成多个子域，每个子域由一个处理器或计算节点处理。OpenFOAM提供了decomposePar工具来实现域分解。域分解的基本步骤如下：

准备计算域：确保计算域已经准备好，包括网格文件、边界条件等。

创建并行设置文件：在system目录下创建decomposeParDict文件，指定分解的参数。

执行域分解：使用decomposePar命令将计算域分解为多个子域。

并行计算：使用mpirun或mpiexec命令启动并行计算。

结果重组：使用reconstructPar命令将多个子域的计算结果重组为一个完整的计算结果。

消息传递接口（MPI）

MPI是一种用于并行计算的消息传递标准，OpenFOAM通过MPI实现处理器之间的通信。MPI的基本概念包括通信器（Communicator）、消息（Message）、发送（Send）和接收（Receive）等。在OpenFOAM中，MPI主要用于处理器之间的数据交换和同步。

并行计算的设置方法

创建并行设置文件

在system目录下创建decomposeParDict文件，指定分解的参数。以下是一个典型的decomposeParDict文件示例：

//system/decomposeParDict

FoamFile

{

version2.0;

formatascii;

classdictionary;

locationsystem;

objectdecomposeParDict;

}

//指定处理器数量

numberOfSubdomains4;

//指定分解方法

methodsimple;

//简单分解方法的参数

simpleCoeffs

{

n(221);//指定在每个方向上的子域数量

delta0.001;//控制分解的精细程度

}

//分解后子域的分布

hierarchicalCoeffs

{

n(221);//指定在每个方向上的子域数量

delta0.001;//控制分解的精细程度

orderxyz;//指定分解的顺序

}

//控制日志输出

roots

(

//指定每个子域的存储路径

$WM_PROJECT_DIR/run/tutorials/incompressible/icoFoam/cavity/processor0

$WM_PROJECT_DIR/run/tutorials/incompressible/icoFoam/cavity/processor1

$WM_PROJECT_DIR/run/tutorials/incompressible/icoFoam/cavity/processor2

$WM_PROJECT_DIR/run/tutorials/incompressible/icoFoam/cavity/processor3

);

执行域分解

使用decomposePar命令执行域分解：

#进入案例目录

cd$FOAM_RUN/cavity

#执行域分解

decomposePar

并行计算

使用mpirun或mpiexec命令启动并行计算。假设我们使用4个处理器：

#启动并行计算

mpirun-np4icoFoam-parallel

结果重组

计算完成后，使用reconstructPar命令将多个子域的计算结果重组为一个完整的计算结果：

#重组计算结果

reconstructPar

性能优化技巧

在HPC环境下