GPU加速的SPH方法在溢洪道水流模拟中的应用.pdf

GPU 加速的 SPH 方法在溢洪道水流模拟中的应用 本文介绍了基于 GPU 加速的 SPH 方法在溢洪道水流模拟中的应用。SPH 方法是一种基于拉格朗日描述的光滑粒子动力学方法，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，传统的 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，本文采用 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。 本文还介绍了台阶式溢洪道的流动特性，台阶式溢洪道是将传统光滑溢洪道的泄流槽做成台阶式，水流在流经台阶时与每级台阶均产生剧烈的碰撞，形成水流的旋滚及内部的紊动剪切作用，促使水流表面破碎，进而能显著增加溢洪道的泄流消能率。 在本文中，作者还讨论了 SPH 方法在自由表面流动模拟中的应用，SPH 方法能够较为真实地捕捉自由面的翻卷、破碎等非线性现象，并成功应用于入水冲击、液舱晃荡、波浪与结构物的相互作用等复杂流动问题。 GPU 加速的 SPH 方法的计算效率提高有明显的帮助，该方法可以应用于水利工程中的溢洪道流动问题研究，并为水利工程中的溢洪道设计提供了科学的依据。 知识点： 1. SPH 方法是一种基于拉格朗日描述的光滑粒子动力学方法，擅长于处理自由面剧烈变化的水流现象。 2. GPU 加速的 SPH 方法可以提高计算效率，相对原始的 SPH 仿真过程提高了 61.8 倍。 3. 台阶式溢洪道的流动特性可以提高溢洪道的泄流消能率。 4. SPH 方法可以应用于自由表面流动模拟，捕捉自由面的翻卷、破碎等非线性现象。 5. GPU 加速的 SPH 方法可以应用于水利工程中的溢洪道流动问题研究。 6. SPH 方法可以成功应用于入水冲击、液舱晃荡、波浪与结构物的相互作用等复杂流动问题。 7. GPU 加速的 SPH 方法可以提高计算效率，减少计算时间。 8. SPH 方法可以应用于水利工程中的溢洪道设计，提供科学的依据。 9. 台阶式溢洪道的泄流问题可以通过 SPH 方法进行数值模拟。 10. GPU 加速的 SPH 方法可以应用于水利工程中的溢洪道流动问题研究，提高计算效率和精度。