基于GPU的二维水动力学模型并行计算方法及应用研究

发布时间：2022-01-15 19:21

　　水动力学模型已广泛应用于溃坝洪水、通航水流条件计算等水流模拟相关领域。随着模拟任务与精度要求的不断增大,计算时间过长已成为影响模型应用的瓶颈。采用现代计算机技术,提高水动力学模型的计算效率是模型应用的迫切需求。本文对基于GPU的二维水动力学模型并行计算方法进行研究,以松花江胖头泡蓄滞洪区和长江上游重庆航道的水流计算为例,对并行模型的效率与关键影响因素进行探索,主要成果与结论如下：（1）研究了二维水动力学模型的求解方法,基于有限体积法建立了二维水动力学模型以适应研究区域水流复杂性。总结了OpenACC应用编程接口标准并行方法的原理与方法,阐述了OpenACC的并行标准与并行过程,对不同导语的并行实现进行了研究,测试了多功能子语在并行过程中的作用。基于OpenACC模式将二维水动力学串行计算模型改造为并行计算模型,对并行模型构建中数据环境控制、数据传输及效率优化等关键技术进行了研究分析。（2）将二维水动力学并行计算模型应用于长江上游江津至重庆航道水流的实时模拟,将模型计算结果与洪、中、枯三级实测流量瞬时水面线进行对比验证,并行模型能够较好的模拟不同水情下的通航水流条件。采用不同的网格精度,... 

【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】：60 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 研究进展
        1.2.1 MPI
        1.2.2 OpenMP
        1.2.3 GPU
    1.3 水流数值模拟的主要方法
        1.3.1 有限差分法
        1.3.2 有限单元法
        1.3.3 有限体积法
    1.4 本文主要工作
第2章 二维水动力学模型建立与并行计算
    2.1 二维水动力学模型求解
        2.1.1 控制方程
        2.1.2 控制体的选取
        2.1.3 计算网格的划分
        2.1.4 有限体积法计算
        2.1.5 干湿边界处理
        2.1.6 时间步长的选取
    2.2 二维水动力学模型并行计算
        2.2.1 执行模型和存储模型
        2.2.2 OpenACC并行过程
        2.2.3 OpenACC关键技术
第3章 并行模型在通航水流模拟中的应用
    3.1 长江上游重庆河段概述
    3.2 模型建立
    3.3 模型验证
    3.4 并行模型性能测试分析
    3.5 方案库设计
第4章 并行模型在溃堤水流模拟中的应用
    4.1 胖头泡蓄滞洪区概述
    4.2 模型建立
    4.3 模型验证
    4.4 并行模型性能测试分析
    4.5 并行算法对比分析
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]An analysis of dam-break flow on slope[J]. 王立辉,潘存鸿.  Journal of Hydrodynamics. 2014(06)
[2]基于GPU并行算法的水动力数学模型建立及其效率分析[J]. 赵旭东,梁书秀,孙昭晨,刘忠波,韩松林,任喜峰.  大连理工大学学报. 2014(02)
[3]三峡大坝至葛洲坝两坝间河段通航水流条件[J]. 姚仕明,王兴奎,张丙印.  水利水电科技进展. 2010(06)
[4]GPU通用计算平台上的SPH流体模拟[J]. 温婵娟,欧嘉蔚,贾金原.  计算机辅助设计与图形学学报. 2010(03)
[5]建筑物密集城区溃堤水流二维数值模拟[J]. 张大伟,程晓陶,黄金池.  水利学报. 2010(03)
[6]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)
[7]两坝间河段通航水流条件的三维数值模拟[J]. 姚仕明,王兴奎,张超,张大伟.  水科学进展. 2007(03)
[8]伶仃洋海区二维不平衡非均匀输沙数学模型[J]. 徐峰俊,刘俊勇.  水利学报. 2003(07)
[9]二维浅水流动的有限元并行数值模拟[J]. 江春波,安晓谧,张庆海.  水利学报. 2002(05)

博士论文
[1]溃坝洪水数学模型及水动力学特性研究[D]. 宋利祥.华中科技大学 2012
[2]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



本文编号：3591180