流体仿真软件：CFX天然气处理二次开发_（14）.并行计算在天然气处理仿真中的实现.docx
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并行计算在天然气处理仿真中的实现
并行计算在流体仿真软件中的应用越来越广泛，尤其是在处理复杂的天然气处理过程时。天然气处理涉及多种物理和化学过程，如气液分离、吸附解吸、反应等，这些过程往往需要大量的计算资源。传统的单核处理器已经无法满足高效计算的需求，因此并行计算成为了解决这一问题的关键技术。本节将详细介绍并行计算的基本概念、在天然气处理仿真中的应用以及如何在CFX中实现并行计算。
并行计算的基本概念
并行计算是指将一个大的计算任务分解成多个小的计算任务，并通过多个处理器或计算单元同时进行计算，从而加速计算过程。并行计算可以分为两大类：共享内存并行计算和分布式内存并行计算。
共享内存并行计算
共享内存并行计算中，所有的处理器共享同一块内存，每个处理器都可以直接访问这块内存中的数据。这种并行计算方式适用于多核处理器或对称多处理器（SMP）系统。在CFX中，共享内存并行计算通常通过OpenMP库来实现。
分布式内存并行计算
分布式内存并行计算中，每个处理器都有自己独立的内存，处理器之间通过消息传递接口（MPI）进行通信。这种并行计算方式适用于多节点的并行计算系统，如集群。在CFX中，分布式内存并行计算通过MPI库来实现。
CFX中的并行计算
CFX是一款功能强大的商业CFD（计算流体力学）软件，支持多种并行计算模式。在CFX中实现并行计算，可以通过以下步骤进行：
1.安装并配置并行计算环境
在使用并行计算之前，需要确保系统已经安装了并行计算所需的库和工具。对于共享内存并行计算，需要安装OpenMP库；对于分布式内存并行计算，需要安装MPI库。
安装OpenMP
大多数现代编译器已经内置了OpenMP支持，因此通常不需要额外安装。如果使用的是特定的编译器，可以参考编译器的文档进行配置。
安装MPI
对于分布式内存并行计算，需要安装MPI库。常用的MPI库有OpenMPI和MPICH。以下是安装OpenMPI的示例：
#下载OpenMPI
wget/release/open-mpi/v4.1/openmpi-4.1.1.tar.gz
#解压
tar-xzfopenmpi-4.1.1.tar.gz
#进入解压目录
cdopenmpi-4.1.1
#配置安装
./configure--prefix=/usr/local/openmpi
#编译
make
#安装
sudomakeinstall
2.配置CFX求解器
在CFX中，可以通过配置求解器来启用并行计算。具体步骤如下：
启用共享内存并行计算
在CFXSolverManager中，选择“Parallel”选项卡，设置“ParallelEnvironment”为“OpenMP”。
#在CFXSolverManager中设置
ParallelEnvironment:OpenMP
NumberofProcesses:8#假设使用8个核心
启用分布式内存并行计算
在CFXSolverManager中，选择“Parallel”选项卡，设置“ParallelEnvironment”为“MPI”。
#在CFXSolverManager中设置
ParallelEnvironment:MPI
NumberofProcesses:16#假设使用16个节点
3.分区策略
在并行计算中，分区策略是将计算域划分为多个子域，每个子域由一个处理器或计算单元处理。CFX提供了多种分区策略，常用的有以下几种：
基于网格的分区
基于网格的分区是最常用的分区策略，将计算网格划分为多个子网格，每个子网格由一个处理器处理。
#在CFXSolverManager中设置
PartitioningMethod:METIS
基于物理场的分区
基于物理场的分区将计算任务按照物理场的分布进行划分，适用于物理场分布不均匀的情况。
#在CFXSolverManager中设置
PartitioningMethod:PHYSICAL
4.通信优化
在分布式内存并行计算中，通信优化是提高并行计算效率的关键。CFX提供了多种通信优化策略，常用的有以下几种：
缓冲区通信
缓冲区通信通过预先分配通信缓冲区，减少通信时的动态内存分配，从而提高通信效率。
#在CFXSolverManager中设置
BufferedCommunication:On
重叠计算和通信
重叠计算和通信是指在通信过程中同时进行计算，从而减少总体计算时间。
#在CFXSolverManager中设置
OverlapCommunicationand