基于GPU的二維水動力學模型并行計算方法及應用研究.pdf

1、水動力學模型已廣泛應用于潰壩洪水、通航水流條件計算等水流模擬相關領域。隨著模擬任務與精度要求的不斷增大，計算時間過長已成為影響模型應用的瓶頸。采用現(xiàn)代計算機技術，提高水動力學模型的計算效率是模型應用的迫切需求。本文對基于GPU的二維水動力學模型并行計算方法進行研究，以松花江胖頭泡蓄滯洪區(qū)和長江上游重慶航道的水流計算為例，對并行模型的效率與關鍵影響因素進行探索，主要成果與結論如下:
　　(1)研究了二維水動力學模型的求解方法，基于有

2、限體積法建立了二維水動力學模型以適應研究區(qū)域水流復雜性。總結了OpenACC應用編程接口標準并行方法的原理與方法，闡述了OpenACC的并行標準與并行過程，對不同導語的并行實現(xiàn)進行了研究，測試了多功能子語在并行過程中的作用?；贠penACC模式將二維水動力學串行計算模型改造為并行計算模型，對并行模型構建中數(shù)據(jù)環(huán)境控制、數(shù)據(jù)傳輸及效率優(yōu)化等關鍵技術進行了研究分析。
　　(2)將二維水動力學并行計算模型應用于長江上游江津至重慶航道水

3、流的實時模擬，將模型計算結果與洪、中、枯三級實測流量瞬時水面線進行對比驗證，并行模型能夠較好的模擬不同水情下的通航水流條件。采用不同的網(wǎng)格精度，對比了并行模型的加速性能。由不同精度的計算結果可知，計算量越大時，并行模型的加速效果越明顯。當網(wǎng)格數(shù)量為253161個時，通過數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化獲得了27.7的加速比。具體工程應用時，在二維水動力學并行計算模型計算基礎上，建立了水流模擬結果的方案庫，存儲不同來流狀況下的航道水流模擬結果，與并行計算模型

4、相配合，進一步提高水流模擬的實時性。
　　(3)將二維水動力學并行計算模型應用于松花江胖頭泡蓄滯洪區(qū)潰堤水流模擬，通過劃分4種不同精度的網(wǎng)格方案，對并行模型在Nvidia Kepler K20c顯卡上進行了計算測試。測試結果表明并行模型在保證計算準確性的前提下，計算效率得到了很大的提升，獲得了20.7倍的加速比?；谙嗤挠嬎闳蝿?，采用OpenMP和OpenACC兩種并行方法進行了對比分析，總結了兩種并行方法的實現(xiàn)特點、計算性能與