GPU上计算流体力学的加速

本文将计算流体力学中的可压缩的纳维叶-斯托克斯(Navier-Stokes),不可压缩的Navier-Stokes和欧拉(Euler)方程移植到NVIDIA GPU上.模拟了3个测试例子,2维的黎曼问题,方腔流问题和RAE2822型的机翼绕流.相比于CPU,我们在GPU平台上最高得到了33.2倍的加速比.为了最大程度提...     

网格“计算”流体力学

计算流体力学已成为学界研究流体力学的主要利器之一，与理论流力、实验流力等构成了现代研究流体力学的洪流。     

基于OPS的计算流体力学软件多平台自动并行

当前高性能计算机体系结构呈现多样性特征,给并行应用软件开发带来巨大挑战.采用领域特定语言OPS对高阶精度计算流体力学软件HNSC进行面向多平台的并行化,使用OPS API实现了代码的重构,基于OPS前后端自动生成了纯M PI、OpenM P、M PI+OpenM P和M PI+CUDA版本的可执行程序.在一个配有2块I...     

计算流动显示——概念,原理及实现

计算流动显示是近年来在流体领域出现的一个新的研究方向,是计算流体力学、实验流体力学和科学计算可视化等领域的结合。本文介绍了其概念和原理,描述了一种简单高效的基于光线投射方法的光线跟踪方法,用于构造计算流场的干涉图、阴影图和纹影图,并给出了计算与实验结果的比较。     

YH-ACT：热工流体力学并行应用程序

商业CFD程序已广泛应用于反应堆的热工水力模拟,但不能完全满足反应堆的应用需求;开源CFD程序有部分应用,但与商业CFD程序相比,在物理模型全面性、计算精度、计算效率及易用性等方面仍存在差距。为更好地满足局部精细热工水力分析的需求,需要更全面的物理模型、较高的计算精度和较好的并行计算效率,因此有必要开发自主热工CFD程序。详细描述了热工流体力学并行应用程序YH-ACT的设计、实现方案以及测试结果。选取3个典型案例,通过与典型商业软件Fluent计算结果进行对比验证软件正确性, 程序并行计算规模达到400个结点共9 600个进程,稳态计算加速比为111.7,并行效率为27.9%,瞬态计算加速比为37.2,并行效率为9.3%。     

大位移变分光流计算的快速算法

目的 多尺度方法的提出解决了传统HS（Horn Schunck）算法不能计算大位移光流的问题,但同时也增加了迭代运算的步数。为加快迭代收敛速度,研究大位移变分光流计算的快速算法,并分析其性能。方法 将用于加快变分图像处理迭代运算的Split Bregman方法、对偶方法和交替方向乘子法应用到大位移光流计算中。结果 分别进行了精度、迭代步数、运行时间的对比实验。引入3种快速方法的模型均能够在保证精度的同时,在较少时间内计算出图像序列的光流场,所需时间为传统方法的11%~42%。结论 将3种快速方法应用到大位移变分光流计算中,对于不同图像序列均可以较大地提高计算效率。     

面向计算流体力学应用开发框架的容错周期优化方法

针对计算流体力学应用开发框架容错支持能力的不足,提出了一种新的容错周期优化方法。该方法基于系统故障的概率建模,计算得到理想最优容错周期;并结合计算流体力学应用场数据输出的特点,在线确定实际检查点备份时机。三个典型应用的实验结果表明,在不同平均无故障时间的系统上,与固定时间步进行容错的方法相比,该方法总能够得到最优的容错开销。用户可以基于该方法通过框架接口便捷地设置容错周期,并有效降低容错所引起的开销。     

面向计算流体力学应用开发框架的容错周期优化方法

针对计算流体力学应用开发框架容错支持能力的不足,提出了一种新的容错周期优化方法。该方法基于系统故障的概率建模,计算得到理想最优容错周期;并结合计算流体力学应用场数据输出的特点,在线确定实际检查点备份时机。三个典型应用的实验结果表明,在不同平均无故障时间的系统上,与固定时间步进行容错的方法相比,该方法总能够得到最优的容错开销。用户可以基于该方法通过框架接口便捷地设置容错周期,并有效降低容错所引起的开销。     

辐射流体力学计算结果的可视化处理

针对激光惯性约束核聚变主要物理过程,其中包括电子热传导、辐射输送等现象的数值模拟作了概括性描述。对辐射流体力学数值模拟结果的后处理问题,采用科学计算可视化的方法,通过C++与Matlab混合语言编程技术实现对辐射流体动力学数值模拟结果的可视化显示。对提高数值计算结果的分析效率,改善分析计算的工作环境有积极的意义。     

催化柴油管式液相加氢脱硫数值模拟

采用计算流体力学(CFD)软件FLUENT,以用户自定义函数(UDF)添加化学反应和反应热,对实验室带有陶瓷膜管分散器的催化柴油管式液相加氢脱硫反应器进行模拟计算,得出反应床层不同部位的硫化物含量分布和温度分布状况。从反应床层的入口到出口,催化柴油的硫化物含量逐渐下降,且下降速度趋缓。在压力6.5 MPa、混氢量0.84%(m)、空速2 h~(-1)、进口温度633 K的条件下,位于床层高度0.15 m处出现最高温度点643.8 K,径向温差最大2.1 K,表明催化柴油管式液相加氢脱硫反应器催化剂装填合适的高径比为4~6。工艺条件的模拟结果表明:随着进口温度上升、混氢量增加、空速减小脱硫率提高,与实验数据吻合程度较好,说明模拟研究过程中采用的模型和控制方程准确性较高。     

催化裂化汽提器的流体动力学数值模拟

提出了一种新型填料式汽提器,并采用气固双流体模型模拟了新型汽提器和传统汽提器内气固流体流动行为.模拟结果显示新型填料式汽提器在改善颗粒流动,提高颗粒分布均匀性和汽提器空间利用率方面要优于传统盘环挡板汽提器.     

Vorton dynamics: a case study of developing a fluid dynamics model for a vector processor

The raw performance of vector processors such as the CDC CYBER-205 has been well documented. The ability to apply this raw power to ever more complex algebraic algorithms has been reported in [9]. The final step in making computers of this class truly the revolutionary tools they are claimed to be is to develop whole applications that perform at a significant fraction of the raw power. This involves two distinct subclasses of problems. On the one hand, there are those pre-existing applications that must be mapped onto vector processors in such a way that not only is performance maintained, but also a (sometimes vague) set of computational boundary conditions of the user community is satisfied. On the other hand, there are those models which are developed ab initio with machines such as the CYBER-205 in mind. The development of solutions to problems in the former class involves psychology and politics as well as mathematics and computer science. We limit ourselves here to reporting on an example of the latter class, viz. a model to study a particular fluid-dynamic phenomenon, that was specifically designed with the CYBER-205 in mind.     

商业软件Gambit和Fluent在化工中的应用

用商业软件Gambit和Fluent对填料塔中的双切环流气体分布器的流场分布和人口阻力进行了研究和分析,模拟结果与前人的实验符合较好。同时说明利用Gambit和Fluent可以对化工中的一些操作单元进行模拟,以进一步指导科学研究和工程设计。     

Towards an RCC-Based Accelerator for Computational Fluid Dynamics Applications

Computational Fluid Dynamics (CFD) applications are a critical tool in designing sophisticated mechanical systems such as jet engines and gas turbines. CFD applications use intensive floating-point calculations and are typically run on High-Performance Computing (HPC) systems. We analyze three of the most compute intensive functions (Euler, Viscous, and Smoothing algorithms) and develop a baseline system architecture for accelerating these functions in RCC hardware. We then present detailed design data for the most compute intensive (Euler) function. Based on this analysis, we show that an RCC-based CFD accelerator—compared to conventional processors—promises dramatic improvement in sustained compute speed at better price-performance ratios coupled with much lower overall power consumption.     

流体动画方法综述

介绍了二维流体和三维流体动画方法。流体动画制作分为两步：流体表面建模和流体绘制。二维流体建模主要采用参数建模方法,基于傅立叶变换原理,合成波动的二维流体表面。三维流体建模一般基于Navier-Stokes流体方程,利用流体内部的速度建立流体表面的方程。流体绘制主要采用光线跟踪方法。流体动画的挑战和发展方向在于：流体动画控制、实时绘制、细节表现。     

非结构有限体积CFD计算的网格重排序优化

网格重排序是提升流体力学CPU和GPU并行计算效率的重要手段之一。对于非结构网格,由于其数据存储无规律,数据的间接访问会导致访存延迟,尤其是在GPU并行计算时,数据的间接访问将引起内存的非对齐访问,放大了访存延迟的影响。对此,采用Reverse Cuthill-Mckee网格重排序方法优化了非结构网格的数据局部性,并设计了一种面向编号重排序方法。算例测试表明,网格重排序不影响最终计算结果。对比分析了网格重排序对非结构求解器在CPU和GPU上的性能影响：对CPU计算,可以使部分热点函数运行时间降低约20%,整体运行时间降低15%~20%;对GPU计算,大部分热点函数运行时间可降低35%~60%,程序整体运行时间降低约40%。     

基于GPU的非牛顿流体自由表面绘制方法

提出一种基于GPU的非牛顿流体自由表面绘制方法。首先,分析了非牛顿流体的物理模型,将流体的运动规律用合理的数学表达式进行描述;其次,针对非牛顿流体的特点设计了合理的可视模型,提出了流体运动及自由表面的绘制方法,并且设计了相应的GPU实现算法;最后的实验证明了算法在合理的时间内能完全逼真的对非牛顿流体的自由表面进行真实的再现。算法充分吸收了以往方法的优点,采用了合理的数学模型,并利用GPU的运算特性实现了非牛顿流体自由表面的绘制,在绘制效果和效率上较以往算法都有较大改进。     

基于OpenCL的并行方腔流加速性能分析*

本文提出了一种使用OpenCL技术对方腔流问题进行加速计算的方法。在计算方腔流问题时,本文将其转换为Ｎ-Ｓ方程通过空间有限差分和龙格库塔时间差分求解,并使用局部缓存等技术进行GPU优化。实验在Nvidia和ATI平台对所给算法进行评测。结果显示,OpenCL相对其串行版本加速约30倍左右。