氣固兩相流大規(guī)模直接數(shù)值模擬-GPU實(shí)現(xiàn)及統(tǒng)計(jì)性質(zhì)分析的開題報(bào)告

氣固兩相流大規(guī)模直接數(shù)值模擬——GPU實(shí)現(xiàn)及統(tǒng)計(jì)性質(zhì)分析的開題報(bào)告題目：氣固兩相流大規(guī)模直接數(shù)值模擬——GPU實(shí)現(xiàn)及統(tǒng)計(jì)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(yīng)用中，例如，化工反應(yīng)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(qiáng)化流動(dòng)、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(diǎn)是能夠模擬顆粒的運(yùn)動(dòng)路徑和軌跡，但是由于計(jì)算量大而常常需要大量的計(jì)算資源。連續(xù)介質(zhì)方法較為實(shí)用，但是其數(shù)值模擬方法也需要進(jìn)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(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)的并行計(jì)算技術(shù)，可以有效提高計(jì)算效率、縮短計(jì)算時(shí)間。同時(shí)，對(duì)于氣固兩相流的統(tǒng)計(jì)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(jié)果的基礎(chǔ)上得到更加準(zhǔn)確的計(jì)算。二、研究?jī)?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(shí)現(xiàn)3.GPU性能優(yōu)化和計(jì)算時(shí)間分析4.統(tǒng)計(jì)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(yù)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(jì)算量大、計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)的問題，提高氣固兩相流數(shù)值模擬的效率；2.在GPU計(jì)算平臺(tái)上優(yōu)化算法，大幅度提高計(jì)算效率；3.對(duì)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(jì)性質(zhì)進(jìn)行深入分析，為相關(guān)領(lǐng)域的關(guān)鍵問題研究提供有力的數(shù)值支持。四、研究方法1.對(duì)氣固兩相流的基本模型進(jìn)行研究，選擇合適的數(shù)值模擬方法；2.基于GPU實(shí)現(xiàn)氣固兩相流的數(shù)值模擬算法，優(yōu)化計(jì)算效率；3.對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)性質(zhì)分析。五、研究計(jì)劃和進(jìn)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(shí)現(xiàn)氣固兩相流數(shù)值模擬算法，并對(duì)GPU性能進(jìn)行優(yōu)化；3.第三年，對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)性質(zhì)分析，完成畢業(yè)論文。六、預(yù)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(shí)考慮模擬精度和計(jì)算效率等因素，選擇合適的數(shù)值模擬方法；2.GPU并行計(jì)算的實(shí)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(jìn)行優(yōu)化；3.統(tǒng)計(jì)性質(zhì)分析的實(shí)現(xiàn)問題。解決方案：在氣固兩相流的數(shù)值模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行渦流特性和塵埃顆粒的分布和熱量傳遞等統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的分析。七、參考文獻(xiàn)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