风沙流结构的SPH模拟研究

风沙流结构是研究风沙流运动的重要内容,沙粒的起跳速度的分布对其有重要影响。这里使用光滑粒子流体动力学方法(Smooth Particle Hydrodynamics,简称SPH方法),建立了气体和沙粒的受力模型、沙粒之间的碰撞模型以及两相之间的耦合机制,分别模拟了两种粒径的沙粒在单一粒径沙粒条件下,在分布均匀的沙床面上从起跳到风沙流稳定的过程。发现沙粒的起跳速度分布符合Gamma分布,输沙率在约3000步后达到稳定,稳定后输沙量沿高度的分布属于分层结构。模拟结果证明SPH方法能够进一步应用在风沙流结构的数值模拟研究中。

SPH方法在风沙流研究中的应用进展

文中主要对当前使用光滑粒子流体动力学方法(SPH方法)在风沙流研究中取得的进展和存在的问题进行讨论。结果发现,国内外将SPH方法应用到风沙运动模拟中的研究还较少,已有的研究在对风沙流进行建模时,因为实现难度和模型简化等原因,模型与实际物理结构存在一定出入,需要在准确建立风沙物理模型、边界问题的处理、计算效率的提高等方面继续深入研究。目前使用SPH方法模拟风沙流与实际数据较为贴合的是定性描述,对其进行定量研究还存在一定差距。

基于GPU并行计算的风沙流SPH数值分析

在研究风沙流动方面,光滑粒子流体动力学方法(SPH)的无网格性有着独有的优势。利用SPH方法研究风沙流动时,需要将整个计算区域离散成数量庞大的单个粒子,因此计算规模大、计算效率低。为提高SPH方法的计算效率,采用支持并行计算的CUDA平台,利用GPU大规模并行计算技术,实现SPH方法数值模拟时的加速运算。以二维气沙两相耦合模型作为数值算例,利用GPU并行计算详细分析颗粒群的运动规律。比较在不同粒子数下CPU与GPU的计算效率以及GPU线程数对计算效率的影响。对所得结果进行统计分析后,得到了单颗沙粒的典型抛物线形和变异的跃移轨迹。模拟结果证明:SPH-GPU并行计算技术能够应用在风沙流结构的数值模拟研究中。