基于格子Boltzmann方法的多孔介質流動模擬GPU加速

朱煉華，郭照立

（華中科技大學煤燃燒國家重點實驗室，武漢 430074）

文章編號：1001?246X（2015）01?0020?07

基于格子Boltzmann方法的多孔介質流動模擬GPU加速

朱煉華，郭照立

（華中科技大學煤燃燒國家重點實驗室，武漢 430074）

利用NVIDIA CUDA平臺，在GPU上結合稀疏存貯算法實現基于格子Boltzmann方法的孔隙尺度多孔介質流動模擬加速，測試該算法相對基本算法的性能.比較該算法在不同GPU上使用LBGK和MRT兩種碰撞模型及單、雙精度計算時的性能差異.測試結果表明在GPU環境下采用稀疏存貯算法相對基本算法能大幅提高計算速度并節省顯存，相對于串行CPU程序加速比達到兩個量級.使用較新構架的GPU時，MRT和LBGK碰撞模型在單、雙浮點數精度下計算速度相同.而在較上一代的GPU上，計算精度對MRT碰撞模型計算速度影響較大.

多孔介質；GPU；格子Boltzmann方法；并行計算

0 引言

多孔介質內的流動現象廣泛存在于自然界及油氣藏開采、化工過程、環境保護等諸多工業領域.多孔介質流動是一類典型的跨尺度現象，在孔隙尺度上利用計算流體力學方法對這類現象進行直接模擬是研究其微觀流動機理的重要手段.由于多孔介質的孔隙結構十分復雜，使用常規的基于直接離散求解Navier?Stoke方程的方法（有限體積法、有限差分法、有限元法）在孔隙尺度模擬時流固邊界難以處理.格子Boltzmann方法（LBM）作為一類基于微觀分子動力學的介觀數值方法，復雜流固邊界容易處理，并且并行效率高，十分適合孔隙尺度多孔介質流動的并行數值模擬［1－2］.

模擬孔隙尺……