GPU加速的SPH方法在溢洪道水流模拟中的应用

论文摘要

基于拉格朗日描述的光滑粒子动力学方法（SPH）擅长于处理自由面剧烈变化的水流现象,十分适合水利工程中泄洪等问题的数值模拟。然而,SPH方法通常采用均匀分布的粒子对流体计算域进行空间离散,对于工程问题而言需要的粒子数量较多、计算量大。为了突破SPH方法在实际大规模计算中的适用范围,采用C++和CUDA混合编程的技术,借助GPU实现了对SPH方法的并行加速。通过WES三圆弧段组成的光滑溢洪道过流问题,验证了GPU加速的SPH方法的计算精度和可靠性,计算效率相对原始的SPH仿真过程提高了61.8倍。最后,将GPU加速的SPH方法应用于水利工程的溢洪道泄流问题,分别模拟了光滑溢洪道和台阶式溢洪道流动特性,通过自由面的演化过程及泄流沿程截面上的速度分布状态,对比分析了台阶对泄流现象的影响。

论文目录

• 1 研究背景
• 2 SPH数值方法
•   2.1 控制方程
•   2.2 粒子作用模型
•     2.2.1 核函数
•     2.2.2 密度模型
•     2.2.3 梯度模型
•   2.3 状态方程
• 3 GPU加速在SPH方法中的实现
• 4 GPU加速的SPH方法数值验证
• 5 台阶式溢洪道泄流问题数值模拟
•   5.1 计算模型及工况
•   5.2 数值结果及分析
• 6 结 语

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 王巍

关键词: 光滑粒子动力学方法,加速,台阶式溢洪道,消能率

来源: 人民长江 2019年03期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅱ辑,基础科学

专业: 地球物理学,水利水电工程

单位: 吉林省水利水电勘测设计研究院

分类号: TV135.2

DOI: 10.16232/j.cnki.1001-4179.2019.03.038

页码: 216-221+226

总页数: 7

文件大小: 1581K

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