(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210953478.0 (22)申请日 2022.08.10 (71)申请人 武汉理工大 学 地址 430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路 122号 (72)发明人 胡五龙　许铭扬　吴卫国　李凡　 肖一鹤　蒋张泽　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 俞琳娟 (51)Int.Cl. G06F 30/25(2020.01) G06F 9/50(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) (54)发明名称 基于连通孔隙划分计算区域的LBM并行优化 方法、 装置及存 储介质 (57)摘要 本发明提供基于连通孔隙划分计算区域的 LBM并行优化方法及装置， 能够根据计算节点数 量均衡划分子域数量， 使各计算节 点都能负载均 衡高效处理， 提高计算处理效率。 方法包括： 步骤 1.根据系统中计算节点数量N确定应分解的子域 总数N； 步骤2.分解计算域： 沿x轴将流域划分为 nx个具有相同或相近单元数的区域， 然后沿y轴 将每个区域划分为ny个具有相同或相近单元数 的子区域， 最后将这nx×ny个子区域沿z轴划分nz 次， 得到N个具有相同或相近 单元数的子域， 每个 子域均为多个孔隙单元组成的立体区域； 并且， 分解后具有最大单元数的子域和具有最小单元 数的子域间的单元数差异应不超过总单元数的 千分之一； 步骤3.分配 计算任务。 权利要求书3页 说明书7页 附图5页 CN 115455794 A 2022.12.09 CN 115455794 A 1.基于连通 孔隙划分计算区域的LBM并行优化方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1.根据待模拟多孔介质试样的孔隙分布数据， 确定试样的空隙单元信息和连通情 况； 根据系统中计算节点数量 N确定应分解的子域总数N； 步骤2.分解计算 域： 沿x轴将多孔介质试样流域划分为nx个具有相同或相近单元数的区域， 然后沿y轴将每 个区域划分为ny个具有相同或相近单元数的子区域， 最后将这nx×ny个子区域沿z轴划分nz 次， 得到nx×ny×nz＝N个具有相同或相近单元数的子域； 并且， 分解后具有最大单元数Mmax 的子域和具有最小单 元数Mmin的子域间的单 元数差异应不超过总单 元数的千分之一； 步骤3.分配 计算任务： 并行计算时， 将N个子域一一分配给N个计算节点处理； 计算节点在对子域进行处理时， 仅考虑所有连通的孔隙单元， 并对这些连通的孔隙单元进行重新编号， 随后将它们分别存 储在一维数组pi中， i为子域编号； 每个连通的孔隙单元都与一个坐标相关联， 并按照一维 数组的顺序存储， 得到存储有孔隙单元 的序数和相应坐标 的孔隙单元数组， 各孔隙单元都 通过它独有的序数和坐标进行追踪； 对于每个孔隙单元： 将该孔隙单元的主要数据结构中各函数均与该孔隙单元的所述序 数对应存储为一维数组， 得到一系列第一衍生数组； 将该孔隙单元 的动量和局部流体密度 数据与该孔隙单 元的所述序数对应存 储为一维数组， 得到一系列第二 衍生数组。 2.根据权利要求1所述的基于连通孔隙划分计算区域的LBM并行优化方法， 其特征在 于： 其中， 在步骤2中， 最大 单元数Mmax： 最小单元数Mmin： 式中， NX、 NY、 NZ分别为模拟区域x、 y、 z轴上包 含孔隙与固体的总单 元数。 3.根据权利要求1所述的基于连通孔隙划分计算区域的LBM并行优化方法， 其特征在 于： 其中， 在步骤3 中， 每个孔隙单元的主要数据 结构是其流体粒子分布函数和平衡流体粒 子分布函数； 将该孔隙单元计算前后的动量和局部流体密度数据与该孔隙单元的所述序数 对应存储为一维数组， 得到四个第二 衍生数组。 4.根据权利要求1所述的基于连通孔隙划分计算区域的LBM并行优化方法， 其特征在 于， 还包括： 步骤4.设定子域间通信方式： 在处理不同子域间的相邻或对角线孔隙单元时， 将当前 子域界面上的接口层额外扩展一层单元以覆盖相 邻与对角线孔隙单元， 使扩展的这些孔隙 单元的通信方式与当前子域内的接口单 元一致。 5.基于连通 孔隙划分计算区域的LBM并行优化装置， 其特 征在于， 包括： 确定部， 根据待模拟多孔介质试样的孔隙分布数据， 确定试样的空隙单元信息和连通权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115455794 A 2情况； 根据系统中计算节点数量 N确定应分解的子域总数N； 计算域分解部， 沿x轴将多孔介质试样流域划分为nx个具有相同或相近单元数的区域， 然后沿y轴将每个区域划分为ny个具有相同或相近单元数的子区域， 最后将这nx×ny个子区 域沿z轴划分nz次， 得到nx×ny×nz＝N个具有相同或相近单元数的子域； 分解后的子域应满 足条件： 具有最大单元数Mmax的子域和具有最小 单元数Mmin的子域间的单元数差异应不超过 总单元数的千分之一； 计算任务分配部， 将N个子域一一分配给N个计算节点处理， 进行并行计算； 计算节点在 对子域进 行处理时， 仅考虑所有连通的孔隙单元， 并对这些连通的孔隙单元进 行重新编号， 随后将它们分别存储在一维数组pi中， i为子域编号； 每个连通的孔隙单元都与一个坐标相 关联， 并按照一维数组的顺序存储， 得到存储有孔隙单元 的序数和相应坐标 的孔隙单元数 组； 对于每个孔隙单元： 将该孔隙单元 的主要数据结构 中各函数均与该孔隙单元 的所述序 数对应存储为一维数组， 得到一系列第一衍生数组； 将该孔隙单元 的动量和局部流体密度 数据与该孔隙单 元的所述序数对应存 储为一维数组， 得到一系列第二 衍生数组； 控制部， 与所述确定部、 所述计算域分解部和所述计算任务分配部均通信相连， 控制它 们的运行。 6.根据权利要求5所述的基于连通孔隙划分计算区域的LBM并行优化装置， 其特征在 于： 其中， 计算 域分解部中， 最大 单元数Mmax： 最小单元数Mmin： 式中， NX、 NY、 NZ分别为模拟区域x、 y、 z轴上包 含孔隙与固体的总单 元数。 7.根据权利要求5所述的基于连通孔隙划分计算区域的LBM并行优化装置， 其特征在 于， 还包括： 通信方式设定部， 与所述控制部通信相连， 在处理不同子域间的相邻或对角线孔隙单 元时， 将当前子域界面上 的接口层额外扩展一层单元以覆盖相邻与对角线孔隙单元， 使扩 展的这些孔隙单 元的通信方式与当前子域内的接口单 元一致。 8.根据权利要求5所述的基于连通孔隙划分计算区域的LBM并行优化装置， 其特征在 于， 还包括： 输入显示部， 与所述确定部、 所述计算域分解部、 所述计算任务分配部、 所述通信方式 设定部以及所述控制部均通信相连， 用于让用户输入操作指令， 并进行相应显示。 9.根据权利要求5所述的基于连通孔隙划分计算区域的LBM并行优化装置， 其特征在 于： 其中， 所述输入显示部能够根据操作指令对所述确定部确定的试样空隙单元信 息和连 通情况以及计算节点数量或子域总 数N进行显示， 对所述计算域分解部的分解情况进行显 示， 对所述计算任务分配部的分配情况进行相应显示。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115455794 A 3