基于CPU/GPU异构系统架构的高超声速湍流直接数值模拟研究

摘要

[目的]高超声速湍流直接数值模拟(DNS)对空间及时间分辨率要求高,计算量非常大.过大的计算量及过长的计算时间是导致DNS难以在工程中被大范围应用的重要原因.为加快计算速度,作者设计并开发了一套CPU/GPU异构系统架构(HSA)下的高性能计算流体力学程序OpenCFD-SCU.[方法]该程序以作者前期开发的高精度有限差分求解器OpenCFD-SC为基础,经GPU系统的移植及优化而得.GPU程序的计算部分使用CUDA编程,确保所有算术运算都在GPU上完成.[结果]利用GPU程序OpenCFD-SCU,进行了来流Mach数6,6°攻角钝锥边界层转捩的直接数值模拟,得到了转捩过程中的时空演化流场.针对这一算例,GPU程序OpenCFD-SCU与CPU程序OpenCFD-SC相比,实现了60倍的加速效果(单GPU卡对单CPU核心),大大加速了DNS计算过程.[结论]未来,相信会有更多高超声速湍流模拟选择在GPU上开展.