基于OpenMP的颗粒流体力学方法的并行算法研究

发布时间：2017-04-26 15:06

  本文关键词：基于OpenMP的颗粒流体力学方法的并行算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：颗粒流体力学方法(GHM)是一种解决多运动固体流固耦合系统中流体运动过程的计算方法。在对流固耦合系统中流体动力学问题的研究中,GHM能有效地建立流固耦合系统的数学分析模型,可便捷地获取系统的瞬时流场分布信息和确定流体与固体在运动过程中每一瞬时的相互作用力。与传统流体力学方法相比,GHM在一定的条件下具有普遍性和便利性。在解决有关多运动固体的流固耦合问题中,具有其独特的优势。随着耦合系统中流体颗粒数量的不断增多和计算规模的加大,导致基于GHM方法的串行程序计算速度变慢,计算效率降低。为了提高颗粒流体动力学方法的计算性能,在多核计算机环境下,本文提出基于OpenMP的并行编程模型实现GHM的主要计算模块算法的并行方案。首先,通过分析GHM算法的主要计算模块的实现过程,发掘计算过程中可被并行执行的关键模块。然后对OpenMP编译指导命令及运行时库函数等标准规范进行研究,利用OpenMP实现GHM中流体运动规律求解过程的并行处理。最后,在具有4核处理器的Windows 7系统的计算机上运行并行程序。实验结果表明,基于OpenMP改写后的并行程序的并行加速比最高达到2.5,证明了应用OpenMP技术能够较为明显地提高GHM的计算性能,而且编程方式简单,具有很好的可移植性。
【关键词】：OpenMP 颗粒流体力学方法 流体力学 并行计算 多核处理器
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP338.6;O35
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 1 引言7-16
• 1.1 课题研究背景及意义7-8
• 1.2 国内外研究现状8-13
• 1.2.1 并行计算机8-9
• 1.2.2 多核处理器9-10
• 1.2.3 并行编程模型10-12
• 1.2.4 并行计算与流体力学12-13
• 1.3 论文工作内容13-14
• 1.4 论文章节安排14-16
• 2 颗粒流体力学方法概述16-19
• 2.1 GHM基本假设16-17
• 2.2 GHM对流体运动的求解17
• 2.3 GHM的特点17-18
• 2.4 本章小结18-19
• 3 GHM系统主要功能19-28
• 3.1 关键数据结构19-20
• 3.1.1 颗粒数据结构19-20
• 3.1.2 检索网格数据结构20
• 3.1.3 密度网格数据结构20
• 3.2 主要功能模块20-27
• 3.2.1 网格划分21-22
• 3.2.2 颗粒初始化22-25
• 3.2.3 GHM主要计算任务25-27
• 3.3 本章小结27-28
• 4 基于OpenMP的并行算法实现28-43
• 4.1 OpenMP的特性28
• 4.2 OpenMP编程模型28-29
• 4.3 OpenMP标准规范29-34
• 4.3.1 编译指导语句29-32
• 4.3.2 运行时库函数32-34
• 4.3.3 环境变量34
• 4.4 发掘GHM的并行性34-39
• 4.4.1 GHM问题描述34-35
• 4.4.2 GHM的并行性和并行价值35-37
• 4.4.3 确定GHM分解模式37-39
• 4.5 基于OpenMP的GHM并行算法实现39-42
• 4.6 本章小结42-43
• 5 实验结果分析43-48
• 5.1 实验环境43
• 5.2 算例简介43
• 5.3 实验结果43-47
• 5.3.1 并行效率分析46-47
• 5.4 结论47
• 5.5 本章小结47-48
• 6 工作总结与展望48-50
• 6.1 工作总结48
• 6.2 展望48-50
• 参考文献50-53
• 个人简介53-54
• 导师简介54-55
• 获得成果目录55-56
• 致谢56

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 周淑贤;;基于OpenMP的多核程序设计[J];科技信息;2010年09期

2 许啸;王学德;谭俊杰;;MPI+OpenMP算法在三维可压缩流场计算中的应用[J];航空计算技术;2011年06期

3 廖臣;李正浩;周俊;刘大刚;张开春;刘盛纲;;基于OpenMP的3维粒子模拟并行计算[J];强激光与粒子束;2010年08期

4 祁昆仑;陈玉敏;吴华意;龚健雅;;MPI+OpenMP环境下的特征函数空间滤值并行化方法研究[J];武汉大学学报(信息科学版);2013年06期

5 苏宇;齐向阳;;基于OpenMP的星载SAR回波信号并行仿真[J];中国科学院研究生院学报;2008年01期

6 杨晓奇;郑启龙;陈国良;;扩充OpenMP并行编程模型支持事务存储执行(英文)[J];中国科学技术大学学报;2009年11期

7 李晓静;邹峥嵘;张云生;;基于OpenMP的正射影像纠正[J];黑龙江工程学院学报;2014年02期

8 白明泽;程丽;豆育升;孙世新;;基于OpenMP的分子动力学并行算法的性能分析与优化[J];计算机应用;2012年01期

9 朱政慧,施培量,颜宏;用OpenMP并行化气象预报模式试验[J];应用气象学报;2002年01期

10 周虎成,黄春,赵克佳;编译器指导的OpenMP Fortran程序数据分布[J];南京大学学报(自然科学版);2005年05期

中国重要会议论文全文数据库 前8条

1 王庆;季振洲;刘涛;;面向嵌入式多核存储层次的OpenMP优化研究[A];2010年第16届全国信息存储技术大会（IST2010）论文集[C];2010年

2 张永彬;唐春安;贾敬辉;梁正召;;OpenMP在岩石动力并行计算中的应用[A];第3届全国工程安全与防护学术会议论文集[C];2012年

3 宋克庆;黄春;;基于OpenMP快速傅里叶变换并行实现[A];2010通信理论与技术新发展——第十五届全国青年通信学术会议论文集（上册）[C];2010年

4 何涛;李爱波;黄渊;;基于OpenMP多线程技术的SAR地面处理软件的并行设计[A];全国第五届信号和智能信息处理与应用学术会议专刊(第一册)[C];2011年

5 莫锦军;刘立国;袁乃昌;;基于OpenMP的并行GRECO软件[A];2011年全国微波毫米波会议论文集（下册）[C];2011年

6 顾文杰;李杰臣;龚俭;;基于OpenMP的网络管理系统性能改进[A];2008年全国开放式分布与并行计算机学术会议论文集(上册)[C];2008年

7 易成建;彭向和;贾延杰;李海涛;;基于OpenMP的磁流变液并行数值模拟[A];中国计算力学大会'2010（CCCM2010）暨第八届南方计算力学学术会议（SCCM8）论文集[C];2010年

8 孟念青;Jason Wang;;Hybrid LS-DYNA汶新特色介绍[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程（CAE）技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年

中国博士学位论文全文数据库 前9条

1 陈永健;OpenMP编译与优化技术研究[D];清华大学;2004年

2 黄春;面向分布共享存储体系结构的高效能OpenMP关键技术研究[D];国防科学技术大学;2007年

3 马红途;OpenMP程序分析及优化技术研究[D];解放军信息工程大学;2009年

4 富弘毅;OpenMP并行程序容错技术研究[D];国防科学技术大学;2010年

5 吴少刚;机群系统OpenMP研究[D];中国科学院研究生院（计算技术研究所）;2004年

6 章隆兵;提高机群OpenMP系统性能的关键技术研究[D];中国科学院研究生院（计算技术研究所）;2004年

7 郭惠芳;面向多核的并行模式及编译优化技术研究[D];解放军信息工程大学;2011年

8 白明泽;多核集群上的混合并行分子动力学计算研究[D];电子科技大学;2012年

9 刘晓娴;面向共享存储结构的并行编译优化技术研究[D];解放军信息工程大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 刘靖伟;MPI+OpenMP环境下分解型多目标进化算法并行化研究与实现[D];华南理工大学;2015年

2 石燕;基于OpenMP的启动子数据分析系统的设计与实现[D];黑龙江大学;2015年

3 樊志杰;GRAPES切线伴随模式MPI/OpenMP高效算法研究[D];国防科学技术大学;2013年

4 魏朝磊;基于OpenMP的颗粒流体力学方法的并行算法研究[D];北京林业大学;2016年

5 殷顺昌;OpenMP并行程序性能分析[D];国防科学技术大学;2006年

6 游佐勇;OpenMP并行编程模型与性能优化方法的研究及应用[D];成都理工大学;2011年

7 王燕燕;OpenMP-to-OpenCL代码自动转换工具的设计与实现[D];吉林大学;2015年

8 王昭飞;OpenMP程序中的未指定行为和死锁的静态检测[D];国防科学技术大学;2005年

9 宋克庆;OpenMP Task调度算法实现及优化[D];国防科学技术大学;2009年

10 李滋田;基于OpenMP的多核多线程负载均衡调度策略研究[D];西安工业大学;2014年

  本文关键词：基于OpenMP的颗粒流体力学方法的并行算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：328669