基于EFG法的二维不可压缩层流问题的多核CPU并行计算研究

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无网格 Garlerkin 法(Element-Free Galerkin Method,EFG)具有前处理简单、计算精度高、收敛快等优势,已在结构固体力学领域得到了广泛应用,但其计算量偏大、计算耗时等缺点也阻碍了其向其它领域的推广。同时,由于多核CPU(Multi-core CPU)具有优秀的计算能力,已广泛应用在科学研究、工程计算、防灾减灾等领域。本文将EFG法应用于流体流动问题,并对其开展多核CPU并行计算方法的研究,本文主要研究内容如下:(1)本文从EFG法应用于二维层流问题的相关理论及公式出发,通过引入区域搜索法、交叉节点对法来进行计算域节点的搜索与刚度矩阵的组装,构造了可适用于层流问题并行计算的EFG改进算法,通过平板挤压和90°弯管算例验证所提出改进算法的可行性。(2)研究及分析了多核CPU并行算法的设计原则,基于任务并行和数据并行技术,对所提出的改进算法进行了并行化优化设计,包括流场域搜索函数算法的并行、速度-压力矩阵的存储及组装、方程组的并行化求解等,得到了多核CPU的并行计算流程,通过数值算例对所建立的多核CPU并行计算进行了验证,并将所得计算结果与串行计算进行了比较。(3)引入衡量并行化特性的性能指标,进行单核性能分析,并通过选取不同数量级的节点、调用不同数量的CPU内核、设置不同的worker数等,对平板挤压和90°弯管等算例进行了多核CPU并行计算,研究并分析了节点数、调用核心数、worker数等影响因素与加速比的关系。总之,本文将EFG法应用于二维层流问题的数值方法研究,建立了其采用多核CPU的并行计算流程,以提高EFG法在求解流体流动问题的计算效率,本文所得的研究成果为基于多核CPU硬件下的EFG法应用,提供了良好的理论参考价值。
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