波浪的數(shù)值模擬在海岸工程的設(shè)計中一直占有重要地位。作為一種非線性波浪模型,Boussinesq類模型能有效重現(xiàn)波浪在傳播過程中的傳播變形及物理現(xiàn)象,因此在近海工程中得到了廣泛使用。Boussinesq類波浪模型是一種相位解析模型,在時域內(nèi)求解需要較高的空間和時間分辨率以保證計算精度,相對的計算所需的時間也較長。為提高計算效率,有必要針對該類模型開展并行算法的研究。與傳統(tǒng)的中央處理器（CPU）相比,圖形處理器（GPU）有大量的運算器,可顯著提高計算效率�；诓⑿屑軜�(gòu)CUDA,利用圖形處理器開發(fā)并行程序得以實現(xiàn)。采用GPU并行算法構(gòu)建波浪數(shù)值模型已成為高性能計算領(lǐng)域內(nèi)一種新的發(fā)展方向。本文基于統(tǒng)一計算設(shè)備架構(gòu)CUDA C語言和圖形處理器,實現(xiàn)了Boussinesq模型的并行運算。模擬了孤立波在常水深水槽中的傳播等一系列經(jīng)典的算例,并將本模型的計算結(jié)果同CPU數(shù)值模擬結(jié)果和解析解相比較,發(fā)現(xiàn)所得到的結(jié)果基本一致,從而證明了本文模型數(shù)值格式的正確性。本文選用帶有滲透構(gòu)筑物的算例進行數(shù)值模擬,結(jié)果與他人的計算結(jié)果及試驗數(shù)據(jù)的吻合程度高,表明本模型能夠有效處理波浪與滲透構(gòu)筑物之間的相互作用。通過計... 

【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 Boussinesq類波浪數(shù)值模型研究現(xiàn)狀
        1.2.2 GPU并行計算在近岸波浪數(shù)值模型中的研究現(xiàn)狀
    1.3 本文的工作
2 數(shù)值模型介紹
    2.1 適用于滲透介質(zhì)的Boussinesq方程的推導
        2.1.1 控制方程與邊界條件
        2.1.2 方程的擴展
    2.2 數(shù)值計算方法介紹
        2.2.1 控制方程的守恒格式
        2.2.2 方程離散
        2.2.3 數(shù)值通量的計算格式
        2.2.4 時間積分和速度求解
        2.2.5 邊界條件處理
        2.2.6 波浪破碎處理
    2.3 模型的GPU并行化
        2.3.1 GPU與并行計算簡介
        2.3.2 模型流程簡介
        2.3.3 變量求解方法的改進
    2.4 本章小結(jié)
3 數(shù)值模型的驗證
    3.1 孤立波在常水深水槽中的傳播
    3.2 規(guī)則波在梯形潛堤地形上的傳播
    3.3 波浪在橢圓形淺灘上的傳播
    3.4 封閉方形水池中的水面晃動
    3.5 圓形淺灘上的波浪傳播
    3.6 孤立波沿均勻斜坡海岸的爬坡
    3.7 孤立波在礁坪地形上的傳播和演化
    3.8 含滲透構(gòu)筑物問題的數(shù)值驗證
        3.8.1 孤立波在一維直立式多孔防波堤中的傳播
        3.8.2 孤立波在二維直立式多孔防波堤中的傳播
    3.9 本章小結(jié)
4 基于GPU的 Boussinesq數(shù)值模型并行算法的應(yīng)用
    4.1 模型加速性能分析
        4.1.1 計算設(shè)備與計算平臺介紹
        4.1.2 單個線程塊上線程數(shù)的確定
        4.1.3 CPU模型與GPU模型計算效率的比較分析
        4.1.4 改進變量求解方法后計算效率的分析
    4.2 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術(shù)論文情況
致謝



本文編號：3329489