LBM伪势MRT三维模型GPU并行计算的性能优化

格子Boltzmann方法伪势模型算法中的格点间计算未完全局部化,因此在并行计算时需要更多次的全局内存读写、使用更多数量的寄存器和线程同步操作,从而导致GPU并行计算效率下降.本文针对伪势模型并行计算的局限性,基于三维十五速格子结构的多松弛时间伪势模型,以气液相分离为算例,通过合并访问的方式提高全局内存的读写效率;并提出一种"定向转移"算法,提高格子边界格点获取邻居格点数据的效率;最后探索不同资源分配中各种因素对计算效率的影响,总结最优资源分配的方法.     

声源分布和超声频率对清洗声场均匀性的优化*

驻波和换能器指向性等影响声场均匀性,造成清洗死角,影响清洗效果。采用COMSOL仿真软件建立了单个换能器位于底部的三维模型,通过染色法实验结果验证模型的有效性。研究了换能器同时位于底部和侧面、多排换能器位于底部时的声场,用声压幅值相对标准差来量化均匀性,发现该两种换能器分布方式能够有效优化声场均匀性。通过调节频率研究频率对声场的影响,进一步优化声场均匀性。对声源分布的确定、频率的选择以满足声场均匀化需求有指导意义。     

Pseudopotential multi-relaxation-time lattice Boltzmann model for cavitation bubble collapse with high density ratio

The dynamics of the cavitation bubble collapse is a fundamental issue for the bubble collapse application and prevention. In the present work, the modified forcing scheme for the pseudopotential multi-relaxation-time lattice Boltzmann model developed by Li Q et al. [ Li Q, Luo K H and Li X J 2013 Phys. Rev. E 87 053301] is adopted to develop a cavitation bubble collapse model. In the respects of coexistence curves and Laplace law verification, the improved pseudopotential multi-relaxation-time lattice Boltzmann model is investigated. It is found that the thermodynamic consistency and surface tension are independent of kinematic viscosity. By homogeneous and heterogeneous cavitation simulation, the ability of the present model to describe the cavitation bubble development as well as the cavitation inception is verified. The bubble collapse between two parallel walls is simulated. The dynamic process of a collapsing bubble is consistent with the results from experiments and simulations by other numerical methods. It is demonstrated that the present pseudopotential multirelaxation-time lattice Boltzmann model is applicable and efficient, and the lattice Boltzmann method is an alternative tool for collapsing bubble modeling.     

基于改进伪势LBM的空泡溃灭建模

为研究空化泡溃灭阶段的数值仿真,本文以格子Boltzmann方法为基础,采用改进作用力引进格式,对改变力学稳定性条件相关参数进行优化。通过最优参数提取,提高该多相格子Boltzmann模型密度比,从而最大程度保证热力学一致性及模型稳定性。并通过共存密度曲线对比及误差值计算,确定了参数的最优值。基于改进伪势格子Boltzmann模型对空泡溃灭进行建模,并将计算结果和实验结果对比,验证了空泡溃灭模型的有效性,对实际运用有一定的指导意义。     

超声清洗过程环境压力对声空化效应的影响*

在不同深度条件下的水下构建物超声清洗中,声空化是重要的源动力之一。为探明水下环境压力对声空化的影响,本文基于数值计算的方法,通过对超声波作用下气泡动力学的研究,讨论了环境压力对空化泡溃灭时的气泡最大半径、释放能量以及溃灭功率等因素的影响。结果表明：空化泡最大半径与环境压力在一定范围内呈近似线性关系;随着环境压力增大,空化泡释放能量和溃灭功率均显著减小,且两者在变化趋势和变化幅度上几乎一致;当环境压力大于声压幅值时,空化泡的最大半径、内部压强、内部温度与释放能量均远低于空化发生在环境压力小于声压幅值时的情形。     

近复杂几何固壁空泡溃灭的伪势格子Boltzmann建模*

格子Boltzmann方法伪势多相模型具有高效性和复杂几何边界实施的简易性。该文采用改进作用力的伪势多相模型,通过优化参数实现最大程度的热力学一致性,进而提高模型的密度比和稳定性。分别从伪速度、网格不变性、Young-Laplace验证等方面研究了改进模型的性能。通过改进的模型模拟了复杂几何固壁附近空泡溃灭过程。分析了空化泡溃灭阶段的密度场、压力场和速度场演化过程,以及复杂几何固壁附近的空泡动力学特性。结果表明伪势格子Boltzmann方法在探索空泡溃灭和复杂几何固壁间的相互作用规律研究中是一种有效的工具。