一种基于GPU的DSMC并行方法

【作者】 邱天林； 夏健；

【机构】 南京航空航天大学航空宇航学院空气动力学系；

【摘要】 直接模拟蒙特卡洛(Direct Simulation Monte Carlo,DSMC)方法是研究稀薄气流的有力工具。该方法计算量十分庞大,基于其天然的并行性,可以考虑GPU并行。使用CUDA Fortran编程平台在GPU上进行DSMC方法的并行计算,将流场划分为均匀的直角坐标网格,以简化计算,而物面采用非结构网格,以减小误差。运用了一种分子编码技术,在分子碰撞之前的运动阶段,记录分子所在的网格和在该网格的序号,然后就可以一次完成所有分子的编码。模拟分子会飞进、飞出流场,使用一种数据并行技术,将两部分分开处理,然后用留在流场内、序号靠后的模拟分子代替前面已经飞出去的模拟分子,这样本来串行的过程实现了并行。另外研究了GPU的内存分配和随机数算法等,以减小内存消耗,增加运行速度。结合算例,考察了GPU并行的精度和效率。结果表明,GPU并行不仅能够保证精度,还有着很高的加速比。更多还原