二维水动力学模型并行计算研究

发布时间：2021-11-28 11:34

　　二维水动力学模型广泛应用于洪水预报、航运预警等水流模拟相关领域,随着模拟范围、内容与精度要求的不断增长,提高计算效率已成为模型应用的迫切需求。本文在深入研究二维水动力学模型求解算法的基础上,基于共享内存的并行模式建立了二维水动力学并行计算模型,分别对长江上游河道通航水流和松花江胖头泡蓄滞洪区溃堤洪水进行了模拟,获得了较好的加速效果,同时对影响并行效率的多种因素进行了探讨。研究工作对提高二维水动力学模型的计算效率提供了可行的方法。论文结合国家十二五科技支撑计划课题“多体系协同集成的智能航运关键技术研究”,完成相关研究内容并取得以下成果：综合分析了二维水动力学模型求解与并行算法的研究进展,根据并行计算实现方法将水动力学并行模型概括为三种类型：消息传递模型、共享内存模型和GPU通用计算模型,阐述了三种模型的理论框架、关键技术和优化进展。结合并行算法的特点与应用研究成果,对各模型的求解算法、应用领域、加速比、可扩展性和移植性等要素进行了对比分析。根据模型处理间断的能力以及实现并行算法的需要,选择基于非结构网格的有限体积法求解二维水动力学方程,对网格划分、控制单元选取、控制方程离散、干湿边界处理... 

【文章来源】：华北电力大学河北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

控制体积示意图

(1)结构网格：结构网格可以用行列关系来描述位置关系，具有较好的分布特征，如图2-2。常用的结构网格有矩形网格、曲线网格和等。结构网格是有限差分法和有限体积法中较为常用的计算网格，无需对控制方程做任何坐标转换。对于具有几何规律的计算区域的适应性较好，然而在计算复杂边界时，结构网格概化成锯齿形，与干湿边界的拟合性不好，动边界处会形成虚假的水流。但是，结构网格具有较好的数据结构，以行列关系来描述网格之间的关系，便于数据组织，网格生成方便，程序设计简单，在早期得到了大量的研究应用。I ‘ . ■ r . ： ： ； ■■ ； - ： ■— \ “ . - I . ‘ . . ? - . ? "■；' ? - ?- . - . ‘图2-2结构网格(2)非结构网格：20世纪80年代，为了更好的拟合复杂边界，开展了大量非结构网格的研究。非结构网格可以采用任意形状的单元格，其位置不再通过行列索引信息查询

网格不能精确模拟复杂边界的缺点。在二维水流研究中，常用的非结构网格有三角形和四边形网格，如图2-3所示。参,.....I ； ■； ： .#/>% :}:丨：；：美:.C:17

【参考文献】：
期刊论文
[1]平面二维非均匀泥沙OpenMP并行计算模型[J]. 于守兵.  水利水电科技进展. 2012(02)
[2]组合数学模型方法研究[J]. 郭延祥,周建军.  水力发电学报. 2011(05)
[3]基于多核处理器的平面二维水沙运动数值模拟技术研究[J]. 罗秋实,刘士和,刘继祥,万占伟.  水动力学研究与进展A辑. 2011(01)
[4]OpenMP在水动力数学模型并行计算中的应用[J]. 李褆来,徐学军,陈黎明,金秋,张铁军.  海洋工程. 2010(03)
[5]河道二维水沙数学模型并行计算技术研究[J]. 王建军,张明进.  水道港口. 2009(03)
[6]并行计算的一体化研究现状与发展趋势[J]. 陈国良,孙广中,徐云,龙柏.  科学通报. 2009(08)
[7]二维水动力模型的并行计算研究[J]. 左一鸣,崔广柏.  水科学进展. 2008(06)
[8]建筑物影响下的堤坝溃决水流数值模拟方法[J]. 张大伟,王兴奎,李丹勋.  水动力学研究与进展A辑. 2008(01)
[9]渤海湾曹妃甸港区开发对水动力泥沙环境的影响[J]. 陆永军,左利钦,季荣耀,张金善.  水科学进展. 2007(06)
[10]水动力学数学模型并行计算技术研究及实现[J]. 杨明,余欣,姜恺,高文永.  泥沙研究. 2007(03)

博士论文
[1]并行组合数学模型方式研究及初步应用[D]. 郭延祥.清华大学 2010
[2]基于图剖分和图排序的负载平衡算法研究[D]. 刘旭.中国工程物理研究院 2008
[3]堤坝溃决水流数学模型及其应用研究[D]. 张大伟.清华大学 2008

硕士论文
[1]浅水方程有限体积法的并行计算研究[D]. 王巍.上海交通大学 2008
[2]河道二维水流模拟高精度算法研究[D]. 曾贤敏.河海大学 2007
[3]二维浅水波方程组的并行算法研究[D]. 吴俊香.河海大学 2007



本文编号：3524351