建筑火灾数值仿真的区域分解优化方法与流程

技术特征：

1.一种建筑火灾数值仿真的区域分解优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：构建建筑模型，根据火焰的特征直径与经验公式计算出该建筑模型的全局网格尺寸，并根据实际情况和设置的模拟精度对全局网格进行划分；

步骤2：获取硬件配置，所述硬件配置包括：计算机群中能够使用的节点，或者超级计算机中能够使用的CPU；

步骤3：根据负载均衡的影响因素将建筑模型划分为与计算机群中能够使用的节点数目，或者超级计算机中能够使用的CPU数目相同的子区域；

步骤4：验证划分后各个子区域的负载均衡性，若均衡，则分配给相应节点进行计算；若不均衡，则使用模式探索法调整子区域的体积，所述节点是指：计算机群中能够使用的节点，或者能够使用的CPU。

2.根据权利要求1所述的建筑火灾数值仿真的区域分解优化方法，其特征在于，所述步骤1中的火焰特征直径计算公式如下：

$D^{*}={\left(\frac{Q}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{\∞}}{c}_p{T}_{\mathrm{\∞}}\sqrt{g}}\right)}^{\frac{2}{5}}$

式中：D^*为火焰特征直径，Q为预计的热释放率，ρ_∞为初始环境空气密度，c_p为定压比热容，T_∞为初始环境温度，g为当地重力加速度。

3.根据权利要求1所述的建筑火灾数值仿真的区域分解优化方法，其特征在于，所述步骤S1中的经验公式如下：

4≤D^*/Δd≤16

式中：Δd为近似网格全局种子尺寸。

4.根据权利要求1所述的建筑火灾数值仿真的区域分解优化方法，其特征在于，所述步骤3中负载均衡的影响因素包括：子区域网格的数量、各个子区域之间的通信效率，以及由火与热耦合产生的计算负载。

5.根据权利要求1所述的建筑火灾数值仿真的区域分解优化方法，其特征在于，所述步骤3还包括：当能够使用的计算机群节点数为2的幂次方，则使用递归坐标二分法进行划分；当节点数不是2的幂次方的时，则按照各子区域网格数均衡原则与最小通信边界网格数原则进行划分；其中：各子区域网格数均衡原则与最小通信边界网格数原则的量化指标如下：

σ_n＝n_model/n_sub

σ_s＝n_com/n_subcom

式中：σ_n为网格数负载平衡因子，n_model为整个建筑模型所划分的网格数目，n_sub为子区域的网格数目，σ_s为通信边界网格数负载平衡因子，n_com为所有子区域的通信网格数，n_subcom为某一子区域的通信网格数。

6.根据权利要求1所述的建筑火灾数值仿真的区域分解优化方法，其特征在于，所述步骤4包括：

步骤4.1：对模拟过程中产生的火热耦合计算负载进行预测，预测公式如下：

L＝f(d,n)

式中：L为火热耦合计算负载，d为子区域与火源的距离，n为子区域内可燃物的数量；

步骤4.2：运用试探的方法，即仅改变一个坐标方向上的子区域边界，每次移动应以改变最少的网格数为原则，剩余坐标方向上的边界保持不变；

步骤4.3：对调整后的各个子区域进行负载均衡判断，若不均衡，则返回执行步骤4.2；若均衡，则通过相应节点进行计算；其中，负载均衡判断公式如下：

σ_i＝σ_ni+σ_si+L_i

式中：σ_i为第i个子区域的总负载，σ_ni为第i个子区域网格数负载，σ_si为第i个子区域通信边界网格数负载，L_i为第i个子区域火热耦合计算负载。

7.根据权利要求6所述的建筑火灾数值仿真的区域分解优化方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：在刚开始运行的一段时间内对各个节点的运算时间进行监测，假设可供使用的节点数目为n，第i个节点的计算时间为t_i，i的值为1,2,3…n，则平均时间记为平均时间的计算公式如下：

$\stackrel{\‾}{t}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{t}_i}{n}$

将第i个节点相对平均计算时间的偏差记为计算公式如下：

$\▿t_i=\frac{|t_i-\stackrel{\‾}{t}|}{\stackrel{\‾}{t}}$

为设置一个上限用以评判负载是否均衡；当的值超过时，则认为负载不均衡，若的值小于等于时，则认为负载均衡；若不均衡则返回步骤4.2，并提高负载均衡的判断标准，重新调整子区域网格；若均衡则继续进行计算，直至模拟完成。