氣固兩相流大規(guī)模直接數(shù)值模擬-GPU實現(xiàn)及統(tǒng)計性質(zhì)分析的開題報告

氣固兩相流大規(guī)模直接數(shù)值模擬——GPU實現(xiàn)及統(tǒng)計性質(zhì)分析的開題報告題目：氣固兩相流大規(guī)模直接數(shù)值模擬——GPU實現(xiàn)及統(tǒng)計性質(zhì)分析一、研究背景和意義氣固兩相流廣泛存在于自然界和工程應用中，例如，化工反應器、煤氣化等。研究氣固兩相流數(shù)值模擬是解決傳熱傳質(zhì)、強化流動、避免爆炸等問題的重要手段。目前，數(shù)值模擬方法主要分為粒子方法和連續(xù)介質(zhì)方法兩種。粒子方法的優(yōu)點是能夠模擬顆粒的運動路徑和軌跡，但是由于計算量大而常常需要大量的計算資源。連續(xù)介質(zhì)方法較為實用，但是其數(shù)值模擬方法也需要進一步研究。由于氣固兩相流模型中存在大量的渦旋流和小尺度塵埃顆粒，傳統(tǒng)的基于中央處理器(CPU)的計算機能力不足以滿足大規(guī)模數(shù)值模擬的需求。因此，采用基于圖形處理器(GPU)實現(xiàn)的并行計算技術，可以有效提高計算效率、縮短計算時間。同時，對于氣固兩相流的統(tǒng)計性質(zhì)分析，例如：渦流的特性、塵埃顆粒的分布和熱量傳遞等都可以在模擬結果的基礎上得到更加準確的計算。二、研究內(nèi)容1.氣固兩相流模型的建立和數(shù)值模擬方法的選擇2.基于GPU的氣固兩相流模擬算法實現(xiàn)3.GPU性能優(yōu)化和計算時間分析4.統(tǒng)計性質(zhì)分析，包括渦流特性和塵埃顆粒的分布和熱量傳遞等三、預期成果和意義1.建立氣固兩相流的數(shù)值模擬算法，能夠有效解決計算量大、計算時間長的問題，提高氣固兩相流數(shù)值模擬的效率；2.在GPU計算平臺上優(yōu)化算法，大幅度提高計算效率；3.對氣固兩相流中的渦流特性和塵埃顆粒的分布和熱量傳遞等統(tǒng)計性質(zhì)進行深入分析，為相關領域的關鍵問題研究提供有力的數(shù)值支持。四、研究方法1.對氣固兩相流的基本模型進行研究，選擇合適的數(shù)值模擬方法；2.基于GPU實現(xiàn)氣固兩相流的數(shù)值模擬算法，優(yōu)化計算效率；3.對模擬結果進行統(tǒng)計性質(zhì)分析。五、研究計劃和進度1.第一年，研究氣固兩相流模型，并選擇合適的數(shù)值模擬方法；2.第二年，基于GPU實現(xiàn)氣固兩相流數(shù)值模擬算法，并對GPU性能進行優(yōu)化；3.第三年，對模擬結果進行統(tǒng)計性質(zhì)分析，完成畢業(yè)論文。六、預期困難及解決方案1.數(shù)值模擬算法的選擇問題。解決方案：深入研究氣固兩相流模型，同時考慮模擬精度和計算效率等因素，選擇合適的數(shù)值模擬方法；2.GPU并行計算的實現(xiàn)問題。解決方案：建立基于GPU的氣固兩相流數(shù)值模擬算法，并進行優(yōu)化；3.統(tǒng)計性質(zhì)分析的實現(xiàn)問題。解決方案：在氣固兩相流的數(shù)值模擬結果的基礎上，進行渦流特性和塵埃顆粒的分布和熱量傳遞等統(tǒng)計性質(zhì)的分析。七、參考文獻1.ZhangZhiwei,LiLin,KangXiao,etal.AGPU-basedhighperformancecomputingimplementationfortwo-phaseflowproblemsusingthestaggeredmeshscheme[J].Computers&Fluids,2016,136:111-123.2.ZhaoYang,ZhangCharles,TaoWen-qiang,etal.Three-DimensionalNumericalSimulationofFluidFlowandSolidParticulateMotioninaDieselEngineUsingtheDiscreteRandomParticleTrackingMethod[J].Energies,2018,11(10):2746.3.ChenNing,ChengLie,WangJin-Song,etal.GPU-acceleratedsimulationandvisualizationof3Dair–w