مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

پیاده سازی پردازش موازی روی کارت گرافیک برای شبیه سازی جریان سیال با روش شبکه بولتزمن و نمایه هموار

نویسندگان
1 کارشناسی ارشد
2 دانشگاه شهید باهنر
3 بخش مهندسی نفت، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان
4 پژوهشکده انرژی، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان
چکیده
بررسی بر هم کنش میان ذرات جامد و سیال به عنوان مقدمه‌ای بر شبیه سازی بسیاری از مسائل مهندسی مانند بسترهای سیالی، ته نشینی ذرات و جوهر کاتالیست در سلول‌های سوختی مورد بررسی قرار گرفته است. یکی از روش‌های مناسب برای انجام این گونه شبیه سازی‌ها، ترکیب دو روش شبکه بولتزمن و نمایه هموار می‌باشد که دارای یک الگوریتم مناسب برای اجرا شدن به صورت موازی می‌باشند. روش نمایه هموار همانند روش شبکه بولتزمن از یک شبکه ثابت برای شبیه سازی ذرات جامد در سیال استفاده می‌کند و از این رو یک روش کارامد برای پردازش موازی به کمک کارت گرافیک می‌باشد. در کار حاضر، پیاده سازی یک الگوریتم مناسب برای موازی سازی ترکیب دو روش نمایه هموار و شبکه بولتزمن روی کارت گرافیک ارائه می‌شود. به منظور بررسی صحت نتایج، ابتدا جریان سیال درون کانال مورد بررسی قرار گرفت. نتایج زمانی حاکی از آن بود که زمان حل می‌تواند تا 80 برابر بوسیله کارت گرافیک کاهش یابد. در ادامه نیروی پسای وارد بر یک کره در جریان سیال و همچنین شبیه سازی سقوط یک ذره در سیال ساکن بر اثر نیروی وزن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بدست آمده بر روی کارت گرافیک، نشان دهنده افزایش توان محاسباتی تا 6.5 میلیون گره محاسباتی در واحد زمان را نشان می‌دهد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Implementation of parallel processing on GPU for fluid flow simulation using Lattice Boltzmann method and Smoothed Profile method

نویسندگان English

Behnam Khalili 1
Mohammad Rahnama 2
Saeed Jafari 3
Ebrahim Jahanshahi Javaran 4
چکیده English

Investigation of fluid-solid interaction has been studied as an introduction to simulate a wide range of engineering problems such as fluidized beds, sediment transportation and catalyst inks in fuel cells. An efficient method for performing such simulations is a combination of Lattice Boltzmann method (LBM) and Smoothed Profile Method (SPM). In addition, the operations in the SPM are local; it can be easily programmed for parallel processing. In this approach, the flow is computed on fixed Eulerian grids which are also used for the particles. Owing to the use of the same grids for simulation of fluid flow and particles, this method is highly efficient for purpose of parallel processing by means of GPU. In this study, a combination of Lattice Boltzmann method (LBM) and Smoothed Profile method has been implemented in parallel processing on GPU. For validation purpose, the fluid flow within a channel was investigated. Results suggest that computational time can be reduced up to 80 times by means of GPU.Then, drag force exerted on a sphere in fluid flow and the sedimentation of one sphere in a quiescent fluid were studied. Results show that performance of GPU can be increased up to 6.5 million fluid nods per second by using this method.

کلیدواژه‌ها English

Lattice Boltzmann Method
Smoothed Profile method
Parallel processing
Fluid- solid interaction