面向高阶精度CFD的JFNK求解算法及其并行计算研究

摘要

目前计算效率低是限制计算流体力学高阶精度格式方法的重要因素之一.由于高精度格式计算模板相对复杂,很难精确计算其Jacobian矩阵,从而影响传统LU-SGS等算法的收敛效率.JFNK算法是Krylov子空间方法与非精确牛顿方法的结合,拥有较好的迭代收敛效率,采用无矩阵思想,只计算Jacobian矩阵与矢量的乘积,从而有效避免Jacobian矩阵的计算和存储.本文在真实高精度结构网格CFD应用程序中,设计并实现了JFNK时间求解算法.在有粘低速圆柱绕流的算例测试中,和传统LU-SGS算法相比,JFNK算法拥有更好的计算稳定性,同时可使迭代收敛效率提高2倍以上.以天河2号超级计算机为并行计算平台,对JFNK算法和传统的LU-SGS算法的并行强可扩展性进行了测试,二者均表现出良好的并行效率。