基于OpenCL并行的LBM和相场法模拟共晶生长的研究

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 格子Boltzmann的研究进展

1.2.1 研究格子Boltzmann方法的目的和意义

1.2.2 合金凝固中的液体流动的形式

1.2.3 研究格子Boltzmann对共晶组织影响的目的和意义

1.2.4 GPU计算在格子Boltzmann方法中的应用

1.3 OpenCL的研究现状

1.4 本文主要研究内容

1.5 本文结构安排

第二章 高性能计算方法概述

2.1 高性能计算简介

2.1.1 开展并行计算三要素

2.1.2 高性能计算机简介

2.1.3 E级高性能计算存在的问题

2.1.4 GPU集群平台简介

2.1.5 选择合适的GPU并行编程架和GPU设备

2.2 GPU并行编程简介

2.2.1 GPU计算及异构系统

2.2.2 GPU与CPU浮点运算峰值比较

2.3 基于OpenCL编程模式在GPU的并行计算

2.3.1 OpenCL编程模式

2.3.2 OpenCL编程模式在GPU上的线程层次和存储结构

2.3.3 OpenCL执行流程

2.4 本章小节

第三章 格子Boltzmann方法模拟强迫对流

3.1 格子Boltzmann方法的基本原理

3.1.1 BGK模型

3.1.2 LBGK模型

3.1.3 三维的LBM离散速度模型

3.2 Boltzmann边界条件

3.2.1 Boltzmann边界条件的重要性

3.2.2 周期性边界

3.2.3 反弹边界条件

3.2.4 非平衡外推格式的Dirichlet边界条件

3.3 格子Boltzmann 的程序示意图

3.4 格子Boltzmann 模拟结果

3.5 本章小节

第四章 相场法模拟共晶生长

4.1 相场法模拟共晶的原理

4.1.1 共晶凝固原理

4.1.2 相场法基本原理

4.2.1 共晶多相场模型

4.2.2 控制方程的离散

4.2.3 相场控制方程的离散

4.2.4 溶质场控制方程的离散

4.3 模型的数值求解

4.3.1 初始条件及边界条件

4.3.2 材料的物性参数

4.3.3 合金系统设置

4.3.4 相场法的数值模拟

4.4 本章小节

第五章 GPU计算模拟PF-LBM模型

5.1 PF-LBM模型的建立

5.2 PF-LBM模型在GPU-OpenCL的并行性的实现

5.2.1 总体框架设计

5.2.2 基于GPU-OpenCL求解PF-LBM

5.2.3 基于OpenCL的优化

5.3 模拟结果及讨论

5.3.1 计算效率及分析

5.3.2 不同的片层间距下无流动对共晶生长形貌及溶质分布影响

5.3.3 不同的片层间距下对流对共晶生长形貌及溶质分布影响

5.4 本章小节

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士期间所发表的论文

附录B 攻读硕士学位期间所参与的科研项目