基于GPU-CUDA并行的虚拟网格有限差分法求解器

作者：辛建建; 石伏龙

来源：水动力学研究与进展A辑, 2023, 38(04): 523-527.

DOI：10.16076/j.cnki.cjhd.2023.04.003

• 虚拟网格法
• 不可压缩流动
• 并行计算
• GPU-CUDA

基于CPU/GPU异构体系架构的流体力学并行计算已经成为当前CFD研究领域的重点之一。该文自主开发了一高效虚拟网格法并行求解器以模拟绕动边界的不可压缩流动问题，基于GPU的计算统一设备架构(Computing Unified Device Architecture,CUDA)并行编程模型对该求解器进行加速。该文模型采用有限差分法在交错直角网格上求解不可压缩Navier-Stokes方程，采用虚拟网格通过在浸入边界内布置有限数量的虚拟网格(固体内部但邻近流体的网格)以计及浸入边界对流场的影响。通过合理分配线程块内线程数量，减少主机与设备之间的数据通信，充分利用共享内存和高效求解泊松方程，提高并行效率。为验证该并行求解器的精度和效率，对静止流体中二维振荡圆柱和三维振荡球体算例进行模拟，研究发现：GPU并行求解器相比于CPU串行求解器在不同网格上均获得至少一个量级的加速比，且网格数量越多，加速效果越好，在二维细网格上获得100倍以上的加速比，在三维较细网格上获得超过4 000倍的加速比。

• 单位
  重庆交通大学; 宁波大学