[发明专利]一种用于铸造流动场数值模拟的并行计算方法及系统

说明书

本发明公开了一种用于铸造流动场数值模拟的并行计算方法及系统，方法包括：S1：对铸件的流动场模型进行网格剖分；S2：并行计算当前时刻各网格的试算速度值；S3：并行计算各网格的散度值，若任一网格的散度值不满足收敛条件，并行计算所有不满足收敛条件网格自身的压力校正值、自身的速度校正值、以及对周围网格的速度校正值，并将所述对周围网格的速度校正值存入对应的处理单元中；基于每一网格自身的速度校正值以及周围网格对其产生的速度校正值，对每一网格的速度进行校正，直至所有网格均满足收敛条件；S4：重复执行S2‑S3，直至完成所有时间步长的计算。如此，本发明能够极大缩短数值模拟的计算时间，增强数值模拟软件的求解性能。

技术领域

本发明属于数值模拟计算相关技术领域，更具体地，涉及一种用于铸造流动场数值模拟的并行计算方法及系统。

背景技术

在铸造流动场的数值模拟计算中，对非线性显式方程组进行求解常常需要进行多次迭代，增加了数值计算的复杂度。以铸造流动场模拟过程中常用的SOLA方法为例，其根据初始条件或前一时刻的速度场和压力场，由动量方程的显式差分格式计算当前时刻试算速度，再通过散度的计算判断试算速度是否满足连续性方程。若不满足连续性方程，则必须校正压力值，再根据动量方程得到流体单元的校正速度，重复上述过程直到满足连续性条件。由于在流体单元校正速度的过程中也会校正该单元上游、下游单元的速度值，即存在非线性显式求解的问题，从而导致多单元的并行求解存在困难。

国内外铸造模拟所用传统方法仅能并行求解初始的试算速度与散度值，其将流体单元逐个求解计算，当所有单元满足收敛条件后，在各个子进程中进行下一时刻试算速度的计算，主进程的内存压力较大，对计算速度的提升较小，整体计算效率较低，并且无法充分利用计算机的硬件能力。面对铸造流动场模拟问题规模的增大以及求解精度的不断提高，如何加快模拟的计算速度成为一个亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种用于铸造流动场数值模拟的并行计算方法及系统，通过实现铸造流动场模拟技术中大量非线性显式方程组的并行求解，从而提高流场计算的效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于铸造流动场数值模拟的并行计算方法，包括以下步骤：

S1：导入铸件的流动场模型，对所述模型进行网格剖分；根据网格剖分所得的网格数量，初始化相同数量的处理单元，所述处理单元用于存储对应网格的试算速度值以及对周围网格的速度校正值；

S2：由初始的或前一时刻的速度场和压力场信息，并行计算当前时刻各网格的试算速度值；

S3：并行计算各网格的散度值，若任一网格的散度值不满足收敛条件，并行计算所有不满足收敛条件网格自身的压力校正值、自身的速度校正值、以及对周围网格的速度校正值，并将所述对周围网格的速度校正值存入对应的处理单元中；基于每一网格自身的速度校正值以及周围网格对其产生的速度校正值，对所述每一网格的速度进行校正，直至所有网格均满足收敛条件；

S4：重复执行所述S2-S3，直至完成所有时间步长的计算。

进一步地，步骤S2包括：根据动量守恒方程，由初始的或前一时刻的速度场和压力场信息，并行计算当前时刻各网格的试算速度值；

所述动量守恒方程的离散形式如下：