ツリー型データ構造に基づく適合直交格子流体解析手法に関する研究

基于树型数据结构的自适应正交网格流体分析方法研究

• 批准号: 14750125
• 负责人: 小川 隆申
• 金额: $ 0.51万
• 依托单位: Seikei University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750125/
• 关键词: 数値流体解析; 格子生成; 並列化; 解適合; 直交格子; 適合格子; アルゴリズム

適合直交格子法は,数値流体解析を実用化する上でボトルネックとなる計算格子生成をほぼ自動化できる手法として注目されている.本研究は,適合直交格子の管理に最も効率がよい反面,流体解析手法として例が少ないツリー型データ構造を用いて適合直交格子による流体解析手法を開発し,従来の流体解析アルゴリズムや並列化手法がツリー型データによる手法にも適用可能かどうか検討した.また,ツリー型データの特徴を活かし,CADデータから格子を自動的かつ高速に生成するための基礎的な手法の開発も行った.まず,基本となる流体解析手法をセル中心有限体積手法を元に開発した.このとき,再分割された格子を一まとめにして管理することによってデータ管理のためのメモリオーバーヘッドを節約することが可能となる.本研究ではデータ管理用のメモリは一格子あたり高々数ワードに抑えることが可能となった.また,ツリー型データ構造のもつ規則性を利用することにより,従来の構造格子用に開発された各種流体解析アルゴリズムが大きな変更なく適用できることが明らかになった.特に,再分割後に非常に細かい格子が現れた場合に重要となる陰解法が,簡単な格子オーダーリングによって実現可能となることがわかった.次に,固体壁面に形成される境界層を捉えるために,格子分割を特定の軸方向にのみ行う非等方格子分割へ拡張を行った.この拡張は単に分割方向を示すフラグを追加するのみで実現可能であり,また,先述の陰解法などもそのまま適用可能である.(ASME/JSME Joint Fluids Engineering Conference (2003)にて発表)さらに,開発した手法の並列化も行った.並列化まずデータをプロセッサごとに分割するデータパラレル方式をとった.領域分割にはPeano曲線によってプロセッサ間の負荷を均衡させ,それに基づいてツリー型データ自体を分離して各プロセッサで管理するようにした.並列化効率をPCクラスタ上で検証したところ,8プロセッサで80%程度の効率となった.現時点では満足できる効率ではないが,プログラム自体にチューニングの余地がまだ残されていると思われる.(Parallel CFD 2002にて発表)ツリー型データを利用して格子生成手法の開発も行った.適合直交格子では格子を物体との交差点を算出することによって生成するため,物体境界面と格子線との高速な交差判定を行う必要がある.本研究ではCGの技法を活用した交差判定アルゴリズムを開発した.実際にそのアルゴリズムを検証した結果,数百万格子の交差判定をPCで僅か数秒で処理できることを確認した.(日本機械学会論文集B編に掲載)

は for rectangular grid method, the numerical analytical を fluid be used the す る on で ボ ト ル ネ ッ ク と な る computing grid generation を ほ ぼ automation で き る gimmick と し て attention さ れ て い る. の は, this study is suitable for rectangular grid management に most も sharper rate が よ い opposite, fluid analytic technique と し て cases less が な い ツ リ ー type デ ー を タ structure with い て for rectangular grid に よ る fluid analytic technique を open 発 し, 従 の fluid to parse ア ル ゴ リ ズ ム や tied for the gimmick が ツ リ ー type デ ー タ に よ る gimmick に も may apply か ど う か beg し 検 た. ま Type た, ツ リ ー デ ー タ の, 徴 を live か し, CAD デ ー タ か ら grid を automatic か つ high-speed に generated す る た め の foundation な technique の open 発 も line っ た. ま ず, basic と な る fluid analytic technique を セ ル center finite volume methods を yuan に open 発 し た. こ の と き, then split さ れ た grid を a ま と め に し て management す る こ と に よ っ て デ ー タ management の た め の メ モ リ オ ー バ ー ヘ ッ ド を save す る こ と が may と な る. This study で は デ ー タ management with の メ モ リ は a grid あ た り high number of 々 ワ ー ド に え suppression る こ と が may と な っ た. ま た, ツ リ ー type デ ー タ tectonic の も つ regularity を using す る こ と に よ り, 従 to の checked out using に 発 さ れ た various fluid analytic ア ル ゴ リ ズ ム が big き な - more な く applicable で き る こ と が Ming ら か に な っ た . に, again after segmentation に very fine に か い grid が now れ た occasions に important と な が る Yin method, Jane 単 な grid オ ー ダ ー リ ン グ に よ っ て may be presently と な る こ と が わ か っ た. に, solid wall に form さ れ る boundary layer を catch え る た め に, grid division を specific の axis に の み square grid partition line う unequal へ line company, zhang を っ た. こ の company, zhang は 単 を に segmentation direction shown す フ ラ グ を additional す る の み で may be presently で あ り, ま た, first described の Yin solution な ど も そ の ま ま may apply で あ る. (ASME/JS ME Joint Fluids Engineering Conference (2003)にて release table)さらに, developed <s:1> た techniques and parallel にて line った. Parallelization まずデ まずデ タをプロセッサごとに タをプロセッサごとに splitting するデ タパラレ タパラレ をとった method をとった. Domain partitioning に は Peano curve に よ っ て プ ロ セ ッ サ を の load equilibrium between さ せ, そ れ に base づ い て ツ リ ー type デ ー タ autologous を separation し て each プ ロ セ ッ サ で す management る よ う に し た. The parallel efficiency of をPC ラスタ ラスタ で検 proves that たと ろ ろ ろ,8プロセッサで80% degree となった efficiency となった. Now point で は against foot で き る sharper rate で は な い が, プ ロ グ ラ ム autologous に チ ュ ー ニ ン グ の room が ま だ residual さ れ て い る と think わ れ る. (Parallel CFD 2002 に て 発 table) ツ リ ー type デ ー タ を using し て grid generation technique の open 発 も line っ た. For rectangular grid で は grid を object と の crossing を calculate す る こ と に よ っ て generated す る た め, object boundary surface と graticule と の high-speed な job determine line を う necessary が あ る. In this study, the で で CG technique を is flexibly applied to the <s:1> た intersection determination ア ゴリズムを ゴリズムを development た た. Be interstate に そ の ア ル ゴ リ ズ ム を 検 card し た as a result, millions of lattice の job determine を PC で か only few seconds で 処 Richard で き る こ と を confirm し た. (Japanese machinery institute proceedings B make に first white jasmines load)

项目成果

小川隆申: "適合直交格子のための格子生成法 -境界面との高速交差判定アルゴリズム-"日本機械学会論文集. 70巻690号. 340-347 (2004)

Takanobu Okawa：“自适应正交网格的网格生成方法 - 与边界表面的快速相交确定算法”，日本机械工程师学会会刊，第 70 卷，第 690 期。340-347（2004 年）。