平面二維非均勻泥沙OpenMP并行計算模型

于守兵

(黃河水利科學研究院,河南鄭州 450003)

平面二維水流泥沙模型在研究水流和泥沙運動中發揮著越來越重要的作用,當模型范圍較大、模擬精度要求較高時,計算網格經常達到幾萬甚至上百萬,另外,地形沖淤計算要求的時間尺度一般為幾個月甚至幾年,這些都導致了計算時間的劇增。為了提高計算效率,研究者提出多種并行算法。

常見的并行程序開發模式有兩種:一種是消息傳遞模式,如MPI,在標準的串行程序中加入消息傳遞函數,這種模式需要明確地劃分數據結構和重新編寫源程序,程序實現較為復雜;另一種是共享內存模式[1],如OpenMP,無需作較大修改即可嵌入源程序,簡單靈活。朱星明等[2]構建了基于網絡的大型高性能并行計算共享平臺。Mahinthakumar等[3-4]采用有限單元法結合MPI技術模擬地下水流運動。余欣等[5-6]實現了基于MPI消息傳遞模式的黃河下游二維水流泥沙數學模型并行計算。左一鳴等[7]自主開發了并行通訊平臺,解決了MPI不能實現進程遷移的問題。歐劍等[8]實現了一維河網非恒定流數學模型的并行計算。李 來等[9]采用OpenMP技術對二維水動力有限差分數學模型進行了并行優化試驗。

基于三角形-四邊形混合網格的有限體積水流泥沙模型,對復雜區域邊界具有良好的擬合性,能保持整個計算區域的物理守恒性,方便局部區域加密,求解過程簡單。控制方程的顯式求解特性和分組泥沙之間的獨立性尤其適合采用OpenMP技術進行并行算法設計。……