过程工程学报 ›› 2022, Vol. 22 ›› Issue (3): 318-328.DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221118
胡涛1,2, 向星1,2, 葛蔚1,2, 王利民1,2*
Tao HU1,2, Xing XIANG1,2, Wei GE1,2, Limin WANG1,2*
摘要: 采用CUDA (Compute Unified Device Architecture)和MPI (Message-Passing-Interface)在超级计算机Mole-8.5E上实现了格子Boltzmann方法(LBM)多GPU并行算法,通过三维顶盖驱动方腔流算例验证了多GPU并行LBM算法的准确性和有效性,利用该并行算法分别对雷诺数Reτ为300, 600, 1200下的充分发展的方管湍流进行了大规模模拟。研究发现,当计算网格尺寸小于黏性底层厚度(即Δ+<5)时,在壁面附近的相关传递特性统计误差较小,预测精度满足工程应用范围;Reτ为300, 600时,不同网格尺寸Δ+下的模拟结果表明LBM在方管流中心湍流特性统计具有网格弱相关性,Reτ为600时,与DNS (Direct Numerical Simulation)相比,Δ+=1.667, 3.750, 6.250时平均流向速度的平均误差分别是1.357%, 2.994%和4.766%;Reτ分别为300, 600和1200时,对应网格尺寸Δ+分别为0.833, 1.667和3.333时的方管湍流模拟中,成功捕捉到了二次流特性,预测得到的中心面流向速度、脉动均方根速度等的规律与文献基本吻合,进一步验证了单松弛LBM的可靠性,相关计算结果也为理解高Reτ下的方管湍流特性提供了参考。方管湍流的模拟验证了单松弛LBM多GPU并行算法在超大规模网格计算中的潜力,为进一步实现实际工程流动所需更大规模的数值模拟奠定了基础。