熔鹽堆堆芯流體力學計算的GPU并行方法研究

胡傳偉 鄂彥志 鄒 楊 徐洪杰

1（中國科學院上海應用物理研究所 嘉定園區 上海 201800）

2（中國科學院大學 北京 100049）

3（中國科學院釷基熔鹽核能系統研究中心 上海 201800）

熔鹽堆堆芯流體力學計算的GPU并行方法研究

胡傳偉1,2鄂彥志1,2鄒 楊1,3徐洪杰1,3

1（中國科學院上海應用物理研究所 嘉定園區 上海 201800）

2（中國科學院大學 北京 100049）

3（中國科學院釷基熔鹽核能系統研究中心 上海 201800）

使用計算流體力學(Computational Fluid Dynamics, CFD)數值方法對熔鹽堆堆芯的流動和熱傳導等相關物理問題進行模擬求解，需要大量的計算時間。利用圖形處理器(Graphics Processing Unit, GPU)加速技術對開源CFD軟件Code_Saturne進行二次開發，研究求解熔鹽堆堆芯流場的GPU并行算法。采用OpenACC語言在GPU上實現了向量運算、矩陣向量相乘等基本線性代數運算，從而實現預處理共軛梯度法(Preconditioned Conjugate Gradients, PCG)的GPU并行算法，并使用該算法求解壓力狀態方程。模擬了方腔驅動流模型及帶下降段的熔鹽堆堆芯模型的流場分布。結果表明，GPU加速后的軟件與原版軟件的結果一致，但計算時間更少，證明了GPU算法的正確性及有效的加速性。

熔鹽堆，計算流體力學，共軛梯度法，通用圖形計算技術，OpenACC

針對熔鹽堆中的傳熱和流動過程，計算流體力學(Computational Fluid Dynamics, CFD)軟件使用數值方法進行狀態方程求解有大量的計算需求。傳統的中央處理器(Central Processing Unit, CPU)并行計算已經不能很好的滿足計算性能的要求，而通用圖形處理器(General-purpose Graphic Processing Units,GPGPUs)的快速發展使得許多開發程序由 CPU并行計算轉向GPU并行計算。

目前國內外已有使用 GPU開發程序的相關研究。應智等[1]進行了基于GPU的OpenFOAM并行加速研究。……