检索结果-内蒙古大学图书馆

计算机研究与发展 2016年第5期53卷 1156-1165页

作者：刘智翔方勇宋安平徐磊王晓伟周丽萍张武上海大学通信与信息工程学院上海200444 上海大学高性能计算中心上海200444 上海大学计算机工程与科学学院上海200444

在大规模三维复杂流动的数值模拟中,针对具有良好数值稳定性的多弛豫时间模型格子Boltzmann方法(MRT-LBM),并结合大涡模拟湍流模型和曲面边界插值格式,分析了在D3Q19离散速度模型下的网格生成、流场信息初始化和迭代计算3部分的可并行性... 详细信息

在大规模三维复杂流动的数值模拟中,针对具有良好数值稳定性的多弛豫时间模型格子Boltzmann方法(MRT-LBM),并结合大涡模拟湍流模型和曲面边界插值格式,分析了在D3Q19离散速度模型下的网格生成、流场信息初始化和迭代计算3部分的可并行性.采用MPI编程模型,从分布式集群的特点和计算量负载均衡的角度出发,分别提出了适合于大规模分布式集群的网格生成、流场信息初始化和迭代计算的并行算法.该并行算法也能有效适用于D3Q15和D3Q27离散速度模型.通过在国产神威蓝光超级计算机上的测试,分别针对求解问题总体计算规模固定和保持每个计算核中计算量一致的2种情况的并行性能分析,验证了该并行算法在十万计算核的量级下仍具有良好的加速比和可扩展性.

关键词：大规模并行计算可扩展负载均衡格子 Boltzmann 方法多松弛时间模型大涡模拟

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MRT-LBM三重网格局部加密算法研究

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北京理工大学学报 2018年第5期38卷 441-448页

作者：曲延鹏张坤陈颂英山东大学机械工程学院山东济南250061 机械工程国家级实验教学示范中心(山东大学) 山东济南250061 高效洁净机械制造教育部重点实验室山东济南250061

应用MRT-LBM计算流场中运动粒子上的力和力矩时,可使用三重网格局部加密方法来提高计算结果的精度.将流场计算区域划分为互不重合的粗糙区、过渡区和加密区,相邻区域界面重合节点上的物理参数如密度、速度和应力等保持连续,不同区域的... 详细信息

应用MRT-LBM计算流场中运动粒子上的力和力矩时,可使用三重网格局部加密方法来提高计算结果的精度.将流场计算区域划分为互不重合的粗糙区、过渡区和加密区,相邻区域界面重合节点上的物理参数如密度、速度和应力等保持连续,不同区域的分布函数通过过渡区边界点进行传递,运算程序采用碰撞-迁移算法,给出了数据的初始化过程和加密的网格结构.通过对含非对称放置的粒子Couette流动,分别采用标准Boltzmann、全场加密、局部二重加密和三重加密的4种网格进行计算.数值计算结果表明,三重网格加密算法减少了计算结果的波动.对方腔流顶盖下方左右奇异角落处应用三重局部网格加密,结果显示,对雷诺数1 000的方腔流动,沿腔中心线的速度分布与经典文献结果对比效果良好,压力轮廓图的噪声明显降低,应力振荡明显减少.模拟结果证实了所建立的局部加密方法的有效性.

关键词：格子Boltzmann方法多松弛时间模型局部网格加密 Couette流动方腔流动

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基于格子Boltzmann方法的方通道湍流的大涡模拟

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航空动力学报 2012年第1期27卷 1-8页

作者：吴宏王蛟北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191

基于格子Boltzmann方程的大涡模拟方法,对以摩擦速度、方通道水利直径为特征尺度,雷诺数为300的直方通道内湍流流动进行数值计算.利用多松弛时间格子Boltzmann方法来模拟流场的流动,切应力改善亚格子应力模型来模化滤波后的非封闭项.将... 详细信息

基于格子Boltzmann方程的大涡模拟方法,对以摩擦速度、方通道水利直径为特征尺度,雷诺数为300的直方通道内湍流流动进行数值计算.利用多松弛时间格子Boltzmann方法来模拟流场的流动,切应力改善亚格子应力模型来模化滤波后的非封闭项.将模化后的亚格子应力与格子Boltzmann方法中的松弛时间相关联,使得松弛时间当地化,从而能够准确地模拟湍流.对湍流的平均流向速度、平均二次流速度以表征湍流强度的均方根速度以及不同截面流向瞬时涡做了计算和评估.计算结果与直接数值模拟、实验数据相吻合,证明了格子Boltzmann方法在计算通道湍流中的精度.

关键词：格子Boltzmann方法大涡模拟方通道湍流多松弛时间模型切应力改善Smagorinsky模型

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不同冷热壁面对方腔内对流换热影响的格子Boltzmann模拟

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上海理工大学学报 2023年第5期45卷 448-459页

作者：王婕张拴羊徐洪涛杨茉上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海建桥学院上海201306

基于格子Boltzmann方法,选取多弛豫时间(MRT)模型对具有局部冷热壁面立体方腔中的三维自然对流换热进行模拟研究。分别采用三维D3Q19模型描述速度场,D3Q7模型描述温度场,研究不同瑞利数Ra(103≤Ra≤105)和局部冷热壁面位置变化对三维方... 详细信息

基于格子Boltzmann方法,选取多弛豫时间(MRT)模型对具有局部冷热壁面立体方腔中的三维自然对流换热进行模拟研究。分别采用三维D3Q19模型描述速度场,D3Q7模型描述温度场,研究不同瑞利数Ra(103≤Ra≤105)和局部冷热壁面位置变化对三维方腔内自然对流的影响。结果表明:冷热壁面的布置方式对流动换热有显著影响,且瑞利数Ra越大,其影响效果越明显。其中,冷热壁面均处于中间位置(工况5)的自然对流换热能力最强,并且随着Ra逐渐增大,自然对流能力增强,流线逐渐复杂。在相同工况条件下,随着Ra增大,平均努塞尔数Nuav也逐渐增加,换热能力增强。在相同Ra条件下,工况5的Nuav最大,表明其自然对流换热能力最强。

关键词： Boltzmann模拟多松弛时间模型自然对流三维方腔

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多松弛时间格子Boltzmann方法在GPU上的实现

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计算机与应用化学 2011年第3期28卷 265-269页

作者：张云王小伟葛蔚杨朝合中国石油大学重质油加工国家重点实验室山东青岛266555 中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190

近年来，随着统一计算设备构架（CUDA）的出现，高端图形处理器（GPU）在图像处理、计算流体力学等科学计算领域的应用得到了快速发展。属于介观数值方法的格子Boltzmann方法（LBM）是1种新的计算流体力学（CFD）方法，具有算法简单、... 详细信息

近年来，随着统一计算设备构架（CUDA）的出现，高端图形处理器（GPU）在图像处理、计算流体力学等科学计算领域的应用得到了快速发展。属于介观数值方法的格子Boltzmann方法（LBM）是1种新的计算流体力学（CFD）方法，具有算法简单、能处理复杂边界条件、压力能够直接求解等优势，在多相流、湍流、渗流等领域得到了广泛应用。LBM由于具有内在的并行性，特别适合在GPU上计算。采用多松弛时问模型（MRT）的LBM，受松弛因子的影响较小并且数值稳定性较好。本文实现了MRT-LBM在基于CUDA的GPU上的计算，并通过计算流体力学经典算例——二维方腔流来验证计算的正确性。在雷诺数Re＝[10，10^4]之间，计算了多达26种雷诺数的算例，并将Re=10^2，4×10^2，10^3，2×10^3，5×10^3，7．5x10^3算例对应的主涡中心坐标与文献中结果进行了对比。计算结果与文献数值实验符合较好，从而验证了算法实现的正确忡，并显示出MRT-LBM具有更优的数值稳定性。奉文还分析了在GPU上MRT-LBM的计算性能并与CPU的计算进行了比较，结果表明，GPU可以极大椭栅mMR下TRM的计簋。NvTDIA Tesla C2050相对于单核Intel Xeon 5430 CPU的加速比约为60倍。

关键词：格子Boltzmann方法多松弛时间模型方腔流 GPU

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格子Boltzmann方法多松弛模型局部网格加密算法研究

格子Boltzmann方法多松弛模型局部网格加密算法研究

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作者：张坤山东大学

学位级别：硕士

格子 Boltzmann 方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)是一种新的高效的流体力学计算方法,具有许多独特的优势,已经被广泛应用到流体力学问题研究中。LBM把流体假想成可以沿规则格子移动并仅在格点处相互碰撞的粒子,通过求解碰撞-迁移方... 详细信息

格子 Boltzmann 方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)是一种新的高效的流体力学计算方法,具有许多独特的优势,已经被广泛应用到流体力学问题研究中。LBM把流体假想成可以沿规则格子移动并仅在格点处相互碰撞的粒子,通过求解碰撞-迁移方程得到一组速度分布函数。压力,速度等宏观参数可以通过求解分布函数的矩方程得到。在流体中,动量、能量、质量的传递往往是不同步的,多松弛(Multiple-Relaxation-Time,MRT)模型在矩空间中有多个松弛参数,把粒子的松弛过程分解成几个独立的松弛过程。通过调整碰撞矩阵的参数将动量,能量和质量的传递区分开来,不仅提高了计算稳定性也提高了计算精度;另外构造线性变换矩阵使得碰撞-迁移后得到的量具有物理意义。在矩空间完成碰撞以后,做逆变换,变换到速度空间,然后流动从一个格点沿离散速度方向迁移到下一个格点。流场中经常有一些区域的物理量变化剧烈,空间和时间梯度较大,特别是在凸角、边缘等处,为了得到精确的物理量的数据,如作用在粒子上的力和力矩等,需要对计算区域的网格进行加密,局部网格加密方法可使物理量变化平稳,提高计算效率。在远离边界和流-固交界面时,流动比较平缓,粗网格可以满足精度要求,可以在流场的大部分区域应用。为此,把计算区域分为粗网格区,过渡区和加密区,不同区域的分布函数通过过渡区的边界进行传递。由于不同区域的网格密度不同,过渡区边界上某些点的数据不能直接由传递得到,这些点称为插值点,为尽量减少误差,使用三次样条插值方法计算插值点上的数据。不同区域的时间步长不同,需要在时间上进行插值,采用三点的Lagrange插值计算。区域界面上的物理量如密度、速度、应力等应保持连续,应用Chapman-Enskog分析推导宏观方程,建立界面上分布函数的转换关系,通过选取合适的松弛参数来提高计算的精度和数值稳定性。边界条件的处理在LBM中占有重要地位,直接关系到计算的精度和效率。流动在特定方向具有周期性时,将具有周期性的区域取出作为计算区域,在边界施加周期性边界条件。对于复杂的曲面边界,采用插值格式对其进行修正;对于一般的平直边界应用反弹格式对边界上碰撞后的分布函数进行修正。Lid-driven cavity flow(方腔流)是检验数值方法的一个经典算例,对雷诺数为1000和400的方腔流进行模拟以验证加密方法的有效性。方腔中位于移动盖板下的左右两个角为奇点,物理量变化剧烈,为得到奇点附近的物理量,对方腔的左上角和右上角进行网格加密。流动初始为静止状态,在经过充分长的时间后达到稳定状态。对比分析不同网格结构得到的速度、压力、涡量、应力,结果表明加密网格处理后的数据更加精确,在奇点附近有非常明显的降噪效果,得到的速度曲线能够更好地与经典算例吻合,降低了压力的振荡幅度,应力曲线的振荡幅度也明显减缓,在应力变化剧烈的区域能够捕捉到应力的变化细节,提高了模拟的质量。对含粒子的Couette流动,应用常规网格、全场加密、局部二重加密和局部三重加密等四种网格结构进行分析计算,程序采用先碰撞后迁移的结构,在两个算例中对计算结果进行了比较。在固定粒子算例中,三种网格结构所得的曳力和举力基本相同,其模拟结果可以作为基准来与运动粒子算例进行比较。在运动粒子算例中,过渡区和加密区与粒子协同运动。使用四种网格结构对比作用在粒子上的曳力,举力和力矩。结果表明三重网格局部加密结构中力和力矩的波动幅度明显小于其他网格结构中的波动幅度,计算准确度得到了提高,并且所需的计算时间少于全场二重加密的计算时间,提高了计算效率。应力的轮廓在加密区与过渡区的交界面都是连续的,证实了局部网格加密方法的正确性。

关键词：格子Boltzmann方法多松弛时间模型网格加密方腔流 Couette流

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格子玻尔兹曼矩形网格多松弛模型局部加密算法研究

格子玻尔兹曼矩形网格多松弛模型局部加密算法研究

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作者：王润堃山东大学

学位级别：硕士

格子Boltzmann方法基于分子动理学理论出发,从介观尺度反映了流体流动的物理本质,与传统方法相比较,格子Boltzmann方法的控制方程为离散的代数方程组,具有二阶计算精度、收敛速度快的特点,易于实现大规模的并行计算,对于不同的流动边界... 详细信息

格子Boltzmann方法基于分子动理学理论出发,从介观尺度反映了流体流动的物理本质,与传统方法相比较,格子Boltzmann方法的控制方程为离散的代数方程组,具有二阶计算精度、收敛速度快的特点,易于实现大规模的并行计算,对于不同的流动边界,边界条件处理简单、程序易于实施,问世二十多年来,在理论研究、模型及算法、实验等方面取得了突出的进步,在纳米热流体、多孔介质、磁流体、多相流动等领域得到了广泛的应用。本文将着重研究矩形网格的局部加密格子Boltzmann方法。主要的研究内容是采用多松弛(Multiple-Relaxation-Time,MRT)模型,实现动量,能量,质量的独立传递,并实现不同网格密度之间空间矩的连续传递;建立矩形网格局部加密的算法流程,编写加密程序,对方腔流动进行加密求解,并与传统的方形网格计算结果进行对比。首先,多松弛模型在矩空间采用多个独立的松弛参数,将能量,动量以及质量等空间矩的传递相互独立,提高计算的精度与稳定性,也更加符合流动的物理本质。其次,在流场中往往有一些物理量变化较大的区域,均匀网格往往会产生较大的误差,导致空间震荡,造成数值的不稳定以及收敛速度的降低。为了提高计算的精度,需要在上述区域进行网格加密,从而保证物理量变化的平稳,提高计算的稳定性。在物理量变化相对平缓的区域,粗网格往往可以满足精度的要求。网格加密过程中,会产生某些点上的数据无法直接由其他格点传递得到,本文将采用Lagrange插值法求出插值点上的数值,并保证网格界面上宏观物理量如密度,速度,应力的连续。本文采用矩形网格D2Q9模型,使用方腔流经典算例,验证局部网格加密的有效性。在方腔流中,位于移动顶板下的两个角物理量变化巨大,导致应力不连续,本文对此区域进行网格加密,并对不同网格密度下稳定流场的计算结果进行比较,结果表明加密区域计算误差明显减少,噪音明显下降,在物理量梯度变化巨大区域捕捉到更加准确的流场信息,得到的结果与经典算例非常吻合,证实了局部网格加密方法的有效性。

关键词：格子Boltzmann方法多松弛时间模型矩形网格网格加密

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